DE102013112010A1

DE102013112010A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102013112010A1
Application number: DE201310112010
Authority: DE
Inventors: Odon Szinyi
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2) und einem Rotor (3), wobei der Rotor (3) radial innerhalb des Stators (2) drehbar angeordnet ist, der Stator (2) in einem Gehäuse (4) drehfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (2) und dem Gehäuse (4) ein erstes Ringelement (6) angeordnet ist, welches Kanäle (10) zur Durchströmung eines ersten Kühlfluids aufweist, wobei zwischen dem Stator (2) und dem Gehäuse (4) ein zweites Ringelement (7) angeordnet ist, welches Kanäle (13) zur Durchströmung eines zweiten Kühlfluids aufweist, wobei das zweite Ringelement (7) radial außerhalb des ersten Ringelements (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Elektrische Maschinen werden insbesondere bei Hybridfahrzeugen mit Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine als Antriebsmaschinen oder bei Elektrofahrzeugen mit reinem elektrischen Antrieb als Antriebsmaschine eingesetzt.
Dabei entsteht in der elektrischen Maschine ein erhebliches Maß an Abwärme, die abzuführen ist, um die elektrische Maschine vor Schäden zu schützen und die Leistung der elektrischen Maschine zu gewährleisten.
Im Stand der Technik ist zur Kühlung der elektrischen Maschine eine Flüssigkeitskühlung in einem Gehäuse vorgesehen, in welchem die elektrische Maschine angeordnet ist. Eine solche Kühlung ist durch die JP 59-83557 bekannt geworden.
Die CN 202034857 A offenbart eine Luftkühlung einer elektrischen Maschine mit einem ersten Kühlluftkanal radial außen im Gehäuse und einem zweiten Kühlluftkanal radial innerhalb des Rotors.
Die bekannten elektrischen Maschinen zeigen noch Verbesserungsbedarf hinsichtlich der abgeführten Wärmeleistung.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische Maschine zu schaffen, welche eine verbesserte Kühlung aufweist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor radial innerhalb des Stators drehbar angeordnet ist, der Stator in einem Gehäuse drehfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator und dem Gehäuse ein erstes Ringelement angeordnet ist, welches Kanäle zur Durchströmung eines ersten Kühlfluids aufweist, wobei zwischen dem Stator und dem Gehäuse ein zweites Ringelement angeordnet ist, welches Kanäle zur Durchströmung eines zweiten Kühlfluids aufweist, wobei das zweite Ringelement radial außerhalb des ersten Ringelements angeordnet ist. Dadurch können zwei unterschiedliche Fluide getrennt im äußeren Ringbereich des Stators geführt werden, so dass eine verbesserte Kühlung der elektrischen Maschine möglich ist.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kanäle zur Durchströmung des ersten Fluids als Nuten in dem ersten Ringelement ausgebildet sind. Dadurch wird eine einfache Fluidführung bei guter Herstellbarkeit erreicht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Kanäle zur Durchströmung des ersten Fluids als Nuten in der radial außen liegenden Ringfläche des ersten Ringelements ausgebildet sind. So kann eine gute Wärmeabfuhr an radial äußeren Bereich des Stators erreicht, weil die Außenfläche des Stators gut an die wärmeabführenden fluidführenden Kanäle angekoppelt werden kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Nuten in dem ersten Ringelement von dem zweiten Ringelement abgedeckt werden. Dadurch wird auch ein guter Wärmeübergang erreicht, weil das Fluid auch an die radial innere Wandung des zweiten Ringelements angrenzt.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Nuten in dem ersten Ringelement in axialer Richtung zwischen zwei Dichtelementen angeordnet sind. So kann erreicht werden, dass eine gute Durchströmung bei dennoch hoher Betriebssicherheit erreicht wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Nuten des ersten Ringelements in Umfangsrichtung verlaufen. Dadurch wird ein guter Wärmeübergang bei einfacher Zu- und Abfuhr des kühlenden Fluids erreicht.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Kanäle zur Durchströmung des zweiten Fluids als Nuten in dem zweiten Ringelement ausgebildet sind.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Kanäle zur Durchströmung des zweiten Fluids als Nuten in der radial außen liegenden Ringfläche des zweiten Ringelements ausgebildet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Nuten des zweiten Ringelements in axialer Richtung verlaufen. Dadurch wird eine Art Kreuzstromwärmetauscher realisiert, welcher eine hohe Effizienz aufweist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das zweite Ringelement im Schnitt L-förmig ausgebildet ist und das erste Ringelement radial außen übergreift.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Teilansicht einer elektrischen Maschine,
2 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine,
3 eine Ansicht des ersten und des zweiten Ringelements radial außerhalb des Stators,
4 eine Ansicht des ersten und des zweiten Ringelements radial außerhalb des Stators, und
5 eine Schnittansicht des ersten und des zweiten Ringelements.
Die 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 in einer perspektivischen Schnittansicht. Die elektrische Maschine dient insbesondere als Antrieb im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine weist einen ringförmigen Stator 2 und einen ringförmigen Rotor 3 auf, wobei der Rotor 3 radial innerhalb des Stators 2 angeordnet ist.
Der Rotor 3 und der Stator 2 sind in einem Gehäuse 4 aufgenommen. Zwischen dem Stator 2 mit seinem ringförmigen Außenumfang 5 sind ein erstes Ringelement 6 und ein zweites Ringelement 7 angeordnet. Dabei nimmt das erste Ringelement 6 den Stator 2 radial innen auf und umgibt den Stator somit an seinem Außenumfang 5. Das zweite Ringelement 7 nimmt das erste Ringelement 7 radial innen auf.
Wie in 2 zu erkennen ist, ist das erste Ringelement 6 im Schnitt Wesentlichen flach ausgebildet, während das zweite Ringelement 7 im Schnitt etwa L-förmig ausgebildet ist. Dabei ist das zweite Ringelement 7 im Schnitt mit einem sich in radialer Richtung erstreckenden ersten Bereich 8 und einem sich in axialer Richtung sich erstreckenden zweiten Bereich 9 ausgebildet.
Der erste Ringbereich 6 weist radial außen eine Mehrzahl von Nuten 10 auf, die sich in Umfangsrichtung zumindest im Wesentlichen um den gesamten Umfang des ersten Ringbereichs erstrecken. Diese Nuten 10 dienen dem Fluidstrom um den ersten Ringbereich 6, um diesen zu kühlen, um so die elektrische Maschine zu kühlen. Dazu sind die nuten 10 durch den zweiten Ringbereich 7 abgedeckt, so dass das kühlende Fluid durch die Nuten entlang der Grenzfläche zum zweiten Ringbereich 7 strömt.
Zur Fluideinleitung und zur Fluidausleitung sind Anschlussstutzen 11, 12 vorgesehen, welche mittels Fluidleitungen mit den Nuten in Verbindung stehen.
Der zweite Ringbereich 7 weist radial außen eine Mehrzahl von Nuten 13 auf, die sich in axialer Richtung erstrecken und die zumindest im Wesentlichen um den gesamten Umfang des zweiten Ringbereichs verteilt angeordnet sind. Diese Nuten 13 dienen dem Fluidstrom um den zweiten Ringbereich 7 herum, um diesen zu kühlen, um so die elektrische Maschine zu kühlen. Dabei strömt der Fluidstrom durch die Nuten 13 in axialer Richtung während der Fluidstrom durch die Nuten 10 in Umfangsrichtung strömt.
Die 3 und 4 zeigen jeweils das erste Ringelement 6 und das zweite Ringelement 7 in ihrer Anordnung radial außerhalb des Stators 2. Man erkennt in 3, dass die Nuten 13 radial außen von Ringelement 7 angeordnet sind und einen halbrunden Querschnitt aufweisen. Alternativ kann der Querschnitt auch rechteckig oder anderweitig gebildet sein. Die Nuten 13 sind in axialer Richtung orientiert.
Durch die Öffnungen 14, 15, welche mit dem Fluidanschlussstutzen kommunizieren, erkennt man die Nuten 10 radial außen in dem ersten Ringelement 6. Die Nuten 10 sind in Umfangsrichtung orientiert.
Die 5 zeigt die Anordnung der beiden Ringelemente 6, 7 im Schnitt radial außerhalb des Stators 2 und radial innerhalb des Gehäuses. Man erkennt die Tiefe der Nuten 10 als Fluidkanäle für ein flüssiges Kühlmittel, wie beispielsweise Kühlwasser. Diese nehmen etwa 60%–75% der Dicke des Materials des ersten Ringelements 6 ein.
Beiderseits der Nuten 10 sind Dichtungen 16 angeordnet, um die Fluidkanäle der Nuten 10 gegen den Außenraum abzudichten. Dazu sind Dichtringe 16 in Aufnahmen 17 aufgenommen, welche sich gegen den radial inneren Bereich des zweiten Ringelements 7 dichtend anlegt.
Das erste Kühlfluid ist bevorzugt ein flüssiges Kühlmittel, wie ein Kühlwasser. Das zweite Kühlfluid ist bevorzugt ein gasförmiges Kühlmittel, wie insbesondere Luft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 59-83557 [0004]
CN 202034857 A [0005]

Claims

Elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2) und einem Rotor (3), wobei der Rotor (3) radial innerhalb des Stators (2) drehbar angeordnet ist, der Stator (2) in einem Gehäuse (4) drehfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (2) und dem Gehäuse (4) ein erstes Ringelement (6) angeordnet ist, welches Kanäle (10) zur Durchströmung eines ersten Kühlfluids aufweist, wobei zwischen dem Stator (2) und dem Gehäuse (4) ein zweites Ringelement (7) angeordnet ist, welches Kanäle (13) zur Durchströmung eines zweiten Kühlfluids aufweist, wobei das zweite Ringelement (7) radial außerhalb des ersten Ringelements (6) angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (10) zur Durchströmung des ersten Fluids als Nuten in dem ersten Ringelement (6) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (10) zur Durchströmung des ersten Fluids als Nuten in der radial außen liegenden Ringfläche des ersten Ringelements (6) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (10) in dem ersten Ringelement (6) von dem zweiten Ringelement abgedeckt werden.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (10) in dem ersten Ringelement (6) in axialer Richtung zwischen zwei Dichtelementen angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (10) des ersten Ringelements (6) in Umfangsrichtung verlaufen.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (13) zur Durchströmung des zweiten Fluids als Nuten in dem zweiten Ringelement (7) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (13) zur Durchströmung des zweiten Fluids als Nuten in der radial außen liegenden Ringfläche des zweiten Ringelements (7) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (13) des zweiten Ringelements (7) in axialer Richtung verlaufen.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ringelement (7) im Schnitt L-förmig ausgebildet ist und das erste Ringelement (6) radial außen übergreift.