DE102014102632A1

DE102014102632A1 - Flüssigkeitsgekühlte rotierende elektrische Maschine mit Kühlmantel mit bidirektionalem Strom

Info

Publication number: DE102014102632A1
Application number: DE201410102632
Authority: DE
Inventors: Bradley D. Chamberlin; Attila Nagy
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2014-09-04
Also published as: CN104037984A; CN104037983A; CN104037984B

Abstract

Eine flüssigkeitsgekühlte rotierende elektrische Maschine (40, 140, 240, 340), die einen Mantel (70, 170, 270), der eine Wärmeübertragungsfläche (74) definiert, und eine Hülse (72) aufweist, die eine Kühlmitteleindämmungsfläche (76) definiert. Ein Fluidkanal (78) mit einem Eingang (86) und einem Ausgang (88) ist zwischen den Wärmeübertragungs- und Kühlmitteleindämmungsflächen (74, 76) angeordnet und verläuft entlang der Wärmeübertragungsfläche (74). Der Fluidkanal (78) definiert einen Strömungsweg (80, 180, 280) für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine (40, 140, 240, 340), der sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um eine Achse (64) erstreckt und in einer Richtung verläuft, die parallel ist zur Achse (64), wobei der Strömungsweg (80, 180, 280) in einander entgegengesetzten Richtungen parallel zur Achse (64) verläuft. Zudem ein Verfahren zur Kühlung einer rotierenden elektrischen Maschine (40, 140, 240, 340) mittels Flüssigkeit.

Description

BEANSPRUCHUNG DER PRIORITÄT VERWANDTER ANMELDUNGEN
Die vorliege Anmeldung beansprucht die Priorität jeder der folgenden Patentanmeldungen: US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 13/784,227, mit dem Titel LIQUID-COOLED ROTARY ELECTRIC MACHINE HAVING COOLING JACKET WITH BI-DIRECTIONAL FLOW eingereicht am 4. März 2013; US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 13/784,390, mit dem Titel LIQUID-COOLED ROTARY ELECTRIC MACHINE HAVING FLUID CHANNEL WITH AUXILIARY COOLANT GROOVE, eingereicht am 4. März 2013; US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 13/784,789, mit dem Titel LIQUID-COOLED ROTARY ELECTRIC MACHINE HAVING AXIAL END COOLING eingereicht am 4. März 2013; und US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 13/784,799, mit dem Titel LIQUID-COOLED ROTARY ELECTRIC MACHINE HAVING HEAT SOURCESURROUNDING FLUID PASSAGE, eingereicht am 4. März 2013.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft rotierende elektrische Maschinen, wie z. B. elektrische Generatoren, Wechselstromgeneratoren und Motoren, die sich in einer einzigen Richtung oder in einander entgegengesetzten Richtungen um eine Achse drehen können, und insbesondere solche rotierenden elektrischen Maschinen der Art, die flüssigkeitsgekühlt sind.
Rotierende elektrische Maschinen werden in zunehmendem Maß bei höheren inneren Temperaturen betrieben, und es besteht ein wachsender Bedarf an der Schaffung einer verbesserten Kühlung solcher Maschinen, um ihre Leistung und Zuverlässigkeit zu verbessern. Obwohl eine Luftkühlung von rotierenden elektrischen Maschinen üblich ist, eignen sich bestimmte Betriebsumgebungen solcher Maschinen nicht besonders gut für eine Luftkühlung. Solche Umgebungen können zum Beispiel um die Maschine herum wenig Raum für eine Luftzirkulation oder einen Luftaustausch lassen, die Maschine in großer Nähe zu erwärmten Komponenten, welche die auf die Maschine gerichtete Kühlluft unvorteilhafterweise erwärmen, positionieren, oder Umgebungsluft kann Fremdstoffe (z. B. Staub, Abrieb) enthalten, die Kühlluftkanäle der Maschine verstopfen, den Luftstrom dort hindurch blockieren und eine ausreichende Kühlung verhindern können.
Es ist bekannt, rotierende elektrische Maschinen mit Flüssigkeit zu kühlen, indem man sie in einen Kühlkreis, der für die Kühlung der Maschine gedacht ist, einbringt oder mit anderen Komponenten, die flüssigkeitsgekühlt werden sollen, einbringt. Typischerweise weist ein solcher Kreis eine Pumpe, um einen Kühlmittelstrom in den Kreis einzuführen, und einen Wärmetauscher auf, um Wärme aus dem Kühlmittel abzuziehen, bei dem es sich zum Beispiel um Wasser, Öl oder eine Glycollösung handeln kann. Das Kühlmittel wird unter Druck in einen Kühlmitteleinlass der Maschine geliefert, zirkuliert durch diese hindurch und absorbiert Wärme über konvektive Wärmeübertragung und wird durch einen Kühlmittelauslass aus der Maschine ausgetragen, wobei der Maschineneinlass und -auslass Stellen bereitstellen, an denen die Maschine mit dem Kühlkreis verbunden ist. Solche Kühlkreise sind bekannt und liegen außerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung und werden hierin nicht näher beschrieben.
Die Minimierung der Größe einer rotierenden elektrischen Maschine bei gleichzeitiger Maximierung der Wärmeabgabe von der Maschine ist kritisch für ihre Zuverlässigkeit und ihren erfolgreichen Langzeitbetrieb.
KURZFASSUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden Strukturen und Verfahren zur Verbesserung einer Flüssigkeitskühlung einer rotierenden elektrischen Maschine und/oder zusätzlicher Wärmequellen, die in einer solchen Maschine zu finden sind, geschaffen.
Die vorliegende Offenbarung schafft eine flüssigkeitsgekühlte rotierende elektrische Maschine, die einen Stator mit einer Mittelachse und einen Rotor aufweist, der vom Stator umgeben ist und der sich relativ zum Stator um die Mittelachse drehen kann. Die Maschine weist einen Mantel mit einem Innenraum auf, in dem der Stator und der Rotor angeordnet sind, wobei der Mantel den Stator umgibt und in Wärmeleitverbindung mit diesem steht. Der Mantel definiert in Bezug auf die Mittelachse eine radial äußere Wärmeübertragungsfläche. Die Maschine weist einen Fluidkanal auf, der einen Eingang und einen Ausgang aufweist und der sich zwischen dem Fluidkanaleingang und -ausgang erstreckt und an der Wärmeübertragungsfläche des Mantels entlang verläuft. Der Fluidkanal definiert einen Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine, der sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse erstreckt und in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, zwischen dem Fluidkanaleingang und -ausgang verläuft. Der Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine verläuft in einander entgegengesetzten Richtungen parallel zur Mittelachse und entlang der Wärmeübertragungsfläche.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist, dass die Maschine auch eine Hülse aufweist, die um den Mantel herum angeordnet ist und eine in Bezug auf die Mittelachse radial innere Kühlmitteleindämmungsfläche bildet, und der Fluidkanal zwischen der Wärmeübertragungsfläche des Mantels und der Kühlmitteleindämmungsfläche der Hülse angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist, dass sich der Strömungsweg kontinuierlich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse erstreckt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist, dass der Strömungsweg, der vom Fluidkanal definiert wird, unabhängig davon, dass er sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse erstreckt, in mindestens einer Richtung parallel zur Mittelachse verläuft.
Ein zusätzlicher Aspekt der Offenbarung ist, dass der Strömungsweg, der vom Fluidkanal definiert wird, unabhängig davon, dass er sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse erstreckt, in beiden Richtungen parallel zur Mittelachse verläuft.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist, dass der Fluidkanal eine Mehrzahl von sich im Wesentlichen ringförmig erstreckenden ersten Fluidkanalabschnitten aufweist, die jeweils einander entgegengesetzte Enden aufweisen. Jeder Fluidkanalabschnitt erstreckt sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse entlang jedes ersten Fluidkanalabschnitts zwischen dessen einander entgegengesetzten Enden, und die Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten ist axial entlang der Mittelachse verteilt. Der Fluidkanal weist auch eine Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten auf, die jeweils Enden eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten in Fluidverbindung bringen, wobei der Strömungsweg in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, entlang jedes einzelnen der zweiten Fluidkanalabschnitte verläuft.
Ein zusätzlicher Aspekt der Offenbarung ist, dass jeder von der Mehrzahl von Fluidkanalabschnitten axial benachbarte Enden eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten in Fluidverbindung bringt.
Ein zusätzlicher Aspekt der Offenbarung ist, dass der Strömungsweg in einer gemeinsamen Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, entlang jedes einzelnen von der Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten verläuft.
Ein zusätzlicher Aspekt der Offenbarung ist, dass die Enden eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten, die von einem zweiten Fluidkanalabschnitt in Fluidverbindung gebracht werden, im Wesentlichen radial um die Mittelachse angeordnet sind.
Ein zusätzlicher Aspekt der Offenbarung ist, dass sich jeder erste Fluidkanalabschnitt zwischen seinen einander entgegengesetzten Einlass- und Auslassenden erstreckt und dass jeder zweite Fluidkanalabschnitt Einlass- und Auslassenden eines Paares von ersten Fluidkanalabschnitten in Fluidverbindung bringt, wodurch die Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten über die Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten seriell miteinander in Fluidverbindung gebracht werden.
Ferner ist ein Aspekt der Offenbarung, dass die Einlass- und Auslassenden eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten, die von einem zweiten Fluidkanalabschnitt in Fluidverbindung gebracht werden, axial benachbart sind. Darüber hinaus ist ein Aspekt der Offenbarung, dass die Einlass- und Auslassenden der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten im Wesentlichen radial um die Mittelachse ausgerichtet sind und sich einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, zwischen axial benachbarten ersten Fluidkanalabschnitten abwechseln.
Ein zusätzlicher Aspekt der Offenbarung ist, dass der Fluidkanal einen dritten Fluidkanalabschnitt aufweist, der einander entgegengesetzte Enden aufweist und sich in einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen parallel ist zur Mittelachse. Der dritte Fluidkanalabschnitt ist zwischen den einander entgegengesetzten Enden jedes ersten Fluidkanalabschnitts angeordnet, und ein Ende von einem von der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten steht mit einem Ende des dritten Fluidkanalabschnitts in Fluidverbindung. Das andere Ende des dritten Fluidkanalabschnitts steht mit dem Fluidkanaleingang oder dem Fluidkanalausgang in Fluidverbindung.
Ferner ist ein Aspekt der Offenbarung, dass ein Ende eines anderen von der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten mit dem anderen vom Fluidkanaleingang und Fluidkanalausgang in Fluidverbindung steht.
Ferner ist ein Aspekt der Offenbarung, dass der Fluidkanaleingang und -ausgang über eine Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Fluidkanalabschnitten, die erste, zweite und dritte Fluidkanalabschnitte beinhalten, miteinander in Fluidverbindung stehen. Die Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Fluidkanalabschnitten steht miteinander seriell in Fluidverbindung.
Ein zusätzlicher Aspekt der Offenbarung ist, dass der Fluidkanal einen dritten Fluidkanalabschnitt aufweist, der mit einem Ende von einem von der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten in Fluidverbindung steht, wobei der Verlauf des Strömungswegs entlang des dritten Fluidkanalabschnitts eine Richtung nimmt, die parallel ist zur Mittelachse und entgegengesetzt ist zu der entlang eines zweiten Fluidkanalabschnitts.
Ferner ist ein Aspekt der Offenbarung, dass der Verlauf des Strömungswegs eine gemeinsame Richtung nimmt, die entlang sämtlicher zweiter Fluidkanalabschnitte parallel ist zur Mittelachse.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist, dass der Fluidkanaleingang und -ausgang entlang der Mittelachse vom Rotor aus gesehen beide in der gleichen Richtung angeordnet sind.
Die vorliegende Offenbarung schafft auch ein Verfahren zur Flüssigkeitskühlung einer rotierenden elektrischen Maschine. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Führens eines Stromes aus flüssigem Kühlmittel über eine generell zylindrische Wärmeübertragungsfläche, die um eine Achse herum angeordnet ist, entlang eines Strömungswegs, der von einem Fluidkanal definiert wird, wobei sich der Strömungsweg im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt und in einander entgegengesetzten Richtungen parallel zu der Achse zwischen einem Fluidkanaleingang und einem Fluidkanalausgang verläuft.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist, dass gemäß dem Verfahren die Erstreckung des Strömungswegs im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse unabhängig ist vom Verlauf des Strömungswegs in mindestens einer Richtung, die parallel ist zur Achse.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten Aspekte der Ausführungsbeispiele werden deutlicher und verständlicher unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen, die zusammen mit den begleitenden Zeichnungen zu betrachten sind, in denen:
1 eine perspektivische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine perspektivische Rückseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform ist;
3 eine perspektivische Vorderansicht der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse entfernt worden ist;
4 eine perspektivische Rückseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse entfernt worden ist;
5 eine perspektivische Rückseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse und eine hintere Abdeckung entfernt worden sind;
6 eine fragmentarische, perspektivische Draufsicht auf die rotierende elektrische Maschine der ersten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse und eine hintere Abdeckung entfernt worden sind;
7 eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform entlang einer Linie 7-7 von 6 und 9 ist;
8 eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform entlang einer Linie 8-8 von 6 und 9 ist;
9 eine Rückseiten-Endansicht der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform ohne ihre hintere Abdeckung entlang einer Linie 9-9 von 7 ist;
10 eine fragmentarische Teil-Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der ersten Ausführungsform ist, die den dort hindurch verlaufenden Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel zeigt;
11 eine perspektivische Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
12 eine perspektivische Rückseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine der zweiten Ausführungsform ist;
13 eine perspektivische Vorderansicht der rotierenden elektrischen Maschine der zweiten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse entfernt worden ist;
14 eine perspektivische Rückseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine der zweiten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse entfernt worden ist;
15 eine perspektivische Rückseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine der zweiten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse und eine hintere Abdeckung entfernt worden sind;
16 eine fragmentarische perspektivische Draufsicht auf die rotierende elektrische Maschine der zweiten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse und eine hintere Abdeckung entfernt worden sind;
17 eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der zweiten Ausführungsform entlang einer Linie 17-17 von 16 und 19 ist;
18 eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der zweiten Ausführungsform entlang einer Linie 18-18 von 16 und 19 ist;
19 eine Rückseiten-Endansicht der rotierenden elektrischen Maschine der zweiten Ausführungsform ohne ihre hintere Abdeckung entlang einer Linie 19-19 von 17 ist;
20 eine fragmentarische Teil-Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der zweiten Ausführungsform ist, die den dort hindurch verlaufenden Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel zeigt;
21 eine perspektivische Rückseitenansicht einer rotierenden elektrischen Maschine der dritten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse und eine hintere Abdeckung entfernt worden sind;
22 eine fragmentarische perspektivische Draufsicht auf die rotierende elektrische Maschine der dritten Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse und eine hintere Abdeckung entfernt worden sind;
23 eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der dritten Ausführungsform entlang einer Linie 23-23 von 22 und der Mittelachse der Maschine ist;
24 eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der dritten Ausführungsform entlang einer Linie 24-24 von 22 und der Mittelachse der Maschine ist;
25 eine Rückseiten-Endansicht der rotierenden elektrischen Maschine der dritten Ausführungsform ohne ihre hintere Abdeckung entlang einer Linie 25-25 von 23 ist;
26 eine seitliche Explosionsansicht, teils im Querschnitt, einer rotierenden elektrischen Maschine der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
27 eine perspektivische Vorderansicht einer fünften Ausführungsform einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
28 eine perspektivische Rückseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine der fünften Ausführungsform ist;
29 eine perspektivische Vorderansicht der rotierenden elektrischen Maschine der fünften Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse entfernt worden ist;
30 eine perspektivische Rückseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine der fünften Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse entfernt worden ist;
31 eine perspektivische Rückseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine der fünften Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse und eine hintere Abdeckung entfernt worden sind;
32 eine fragmentarische perspektivische Draufsicht auf die rotierende elektrische Maschine der fünften Ausführungsform ist, von der die Gehäusehülse und eine hintere Abdeckung entfernt worden sind;
33 eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der fünften Ausführungsform entlang einer Linie 33-33 von 32 und 35 ist;
34 eine Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine der fünften Ausführungsform entlang einer Linie 34-34 von 32 und 35 ist;
35 eine Rückseiten-Endansicht der rotierenden elektrischen Maschine der fünften Ausführungsform ohne ihre hintere Abdeckung entlang einer Linie 35-35 von 33 ist; und
36 eine fragmentarische Draufsicht, teils im Querschnitt, auf die rotierende elektrische Maschine der fünften Ausführungsform ist, die den dort hindurch verlaufenden Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel zeigt.
Entsprechende Bezugszeichen weisen auf entsprechende Teile in den mehreren Ansichten hin. Obwohl die Zeichnungen eine Ausführungsform der offenbarten Vorrichtung und des offenbarten Verfahrens darstellen, sind die Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu oder im selben Maßstab, und bestimmte Merkmale können übertrieben dargestellt sein, um die vorliegende Offenbarung besser zu erläutern und zu erklären. Darüber hinaus kann in begleitenden Zeichnungen, die Querschnittsansichten zeigen, eine Schraffur verschiedener Querschnittselemente der Deutlichkeit halber weggelassen sein. Es sei klargestellt, dass jegliche Weglassung einer Schraffur nur der Deutlichkeit der Darstellung dient.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die exakte Form beschränken, die in der folgenden ausführlichen Beschreibung offenbart ist. Vielmehr ist die Ausführungsform so gewählt und beschrieben, dass andere Fachleute die Grundlagen und die Umsetzungen der vorliegenden Offenbarung würdigen und verstehen können.
Die hierin als Beispiel dargestellten Ausführungsformen für rotierende elektrische Maschinen sind riemengetriebene Wechselstromgeneratoren, aber selbstverständlich können sie alternativ auch andere Arten von angetriebenen oder antreibenden rotierenden elektrischen Maschinen, wie Generatoren oder Motoren sein.
1 bis 10 zeigen eine rotierende elektrische Maschine 40 der ersten Ausführungsform. Die Maschine 40 weist einen Rotor 42 und einen Stator 44 (7 und 8) mit zueinander relativer Drehung auf. Wie in 1 und 2 dargestellt ist, weist die Maschine 40 ein generell zylindrisches Gehäuse 52 auf, das mit einem ersten Kühlmittelanschlussstück 54 und einem zweiten Kühlmittelanschlussstück 56 ausgestattet ist. Wie dargestellt, wird flüssiges Kühlmittel über das erste Kühlmittelanschlussstück 54, das ein Kühlmitteleinlass in die Maschine 40 ist, im Gehäuse 52 aufgenommen; flüssiges Kühlmittel wird über das zweite Kühlmittelanschlussstück 56, das ein Kühlmittelauslass aus der Maschine 40 ist, aus dem Gehäuse 52 ausgetragen. Es sei klargestellt, dass die Anschlussstücke 54 und 56 in Bezug auf ihre Funktion als Kühlmitteleinlass und -auslass in die und aus der Maschine 40 vertauscht sein können, mit daraus folgender Vertauschung der Richtung des Kühlkreisstroms durch die Maschine, und die Bezeichnungen wie Einlass, Auslass, Eingang und/oder Ausgang in Bezug auf den Aufbau und Betrieb der Maschine und die Richtung des Kühlmittelstroms entlang des Strömungswegs für flüssiges Kühlmittel wären ebenfalls vertauscht.
Mit Bezug auf die dargestellte Ausführungsform wird das Einlassanschlussstück 54, sobald es installiert und betriebsbereit ist, mit unter Druck stehendem flüssigem Kühlmittel von einer Quelle, die außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 40 angeordnet ist, beschickt, beispielsweise durch einen (nicht dargestellten) Kühlmittelbeschickungsschlauch, der daran angeklemmt oder auf andere Weise sicher damit verbunden ist, und das Auslassanschlussstück 56 ist auf ähnliche Weise mit einem (nicht dargestellten) Kühlmittelrückführungsschlauch verbunden, der Kühlmittel transportiert, das aus der Maschine 40 ausgetragen und anschließend gekühlt wird. in der Regel ist die Maschine 40 Teil eines geschlossenen Kühlkreissystems einer bekannten Art, das eine Kühlflüssigkeitspumpe und einen Wärmetauscher (nicht dargestellt) aufweist.
Die Anschlussstücke 54, 56 können aus Stahlrohren gebildet sein und an einer kreisförmigen, planen, abnehmbaren hinteren Abdeckung 58 befestigt sein, die ein axiales Ende des zylindrischen Gehäuses 52 bildet. Die hintere Abdeckung 58 ist starr und kann aus einem Stahlplattenmaterial gebildet sein, das Öffnungen aufweist, in die die axial innenseitigen Enden der Anschlussstücke 54, 56 eingeführt und, beispielsweise durch Hartlöten, an der Abdeckung 58 befestigt sind. Das Gehäuse 52 weist auch eine kreisförmige, starre, plane vordere Abdeckung 60 auf, die auch aus einem Stahlplattenmaterial gebildet sein kann. Die vordere Abdeckung 60 ist mit einer zentralen Öffnung versehen, durch die eine Welle 62 verläuft, die sich um eine Mittelachse 64 drehen kann und die drehbar am Rotor 42 befestigt ist. Der Rotor 42 und die Welle 62 können in nur einer Richtung oder in beiden Richtungen um die Achse 64 drehbar sein. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Riemenscheibe 66 außerhalb des Gehäuses 52 drehbar an der Welle 62 befestigt, um den Rotor 42 mit einem (nicht dargestellten) Riemen anzutreiben. Innerhalb des Gehäuses 52 wird die Welle 62 von vorderen und hinteren Lagern 68, 69 gestützt, wie in 7 und 8 dargestellt ist.
Die Maschine 40 weist einen generell zylindrischen Mantel 70 auf, der in Wärmeleitverbindung mit dem Stator 44 steht und Teil des Gehäuses 52 ist. Der Mantel 70 ist vorzugsweise aus einem hoch wärmeleitfähigen, starren Material, wie beispielsweise Aluminium, gegossen, kann aber alternativ auch aus Eisen bestehen und/oder eine Stanzung oder Schweißung sein. Radial um den Mantel 70 ist eine offenendige, zylindrische Hülse 72 angeordnet, die beispielsweise aus einem metallischen (z. B. Stahl oder Aluminium) oder Kunststoffflächengebilde bestehen kann. Der Mantel 70 stellt eine generell zylindrische, radial äußere Wärmeübertragungsfläche 74 bereit, und die röhrenförmige Hülse 72 stellt eine zylindrische, radial innere Eindämmungsgrenzfläche 76 bereit. Zwischen der radial äußeren Wärmeübertragungsfläche 74 und der radial inneren Eindämmungsfläche 76 ist ein Fluidkanal 78 angeordnet, der einen Strömungsweg 80 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 40 bereitstellt. Anders ausgedrückt ist der Fluidkanal 78 axial zwischen den einander entgegengesetzten axialen Enden der röhrenförmigen Hülse 72 und in Räumen, die radial zwischen übereinander angeordneten äußeren und inneren Oberflächen 74 und 76 vorhanden sind, angeordnet. Zumindest ein Abschnitt des durch die Maschine 40 verlaufenden Strömungswegs 80 für flüssiges Kühlmittel folgt dem Fluidkanal 78.
Wie dargestellt, weist die generell zylindrische radial äußere Wärmeübertragungsfläche 74 des Mantels 70 eine Mehrzahl von länglichen Wänden 82 und miteinander verbundene Aussparungen 84 auf, die durch die Wände 82 begrenzt werden. Die radial äußersten Oberflächen der Wände 82 stehen mit der zylindrischen, glatten, radial inneren Eindämmungsfläche 76 der Hülse 72 in Kontakt, die im Wesentlichen merkmalsfrei ist. Der Fluidkanal 78 ist somit radial zwischen der inneren Eindämmungsfläche 76 der Hülse und den Böden der Aussparungen 84 angeordnet. Der Strömungsweg 80 folgt den miteinander verbundenen Aussparungen 84. Wie dargestellt, kann der Querschnitt des Fluidkanals 78 im Wesentlichen rechtwinklig und generell von gleichmäßiger Form sein, er kann aber auch eine andere Form aufweisen und/oder ungleichmäßig sein. Der hydraulische Durchmesser des Fluidkanals 78 kann entlang des Strömungswegs 80 geändert werden, um den Kühlmittelstrom und/oder die Wärmeübertragungsbedingungen nach Wunsch zu beeinflussen.
Der Mantel 70 und die Hülse 72 werden beispielsweise dadurch befestigt, dass sie auf bekannte Weise pressgepasst oder thermisch aufeinander gepasst werden, beispielsweise durch Kühlen des Mantels 70 und Erwärmen der Hülse 72 vor ihrer Zusammensetzung, und dass man sie anschließend ihre Temperaturen ausgleichen lässt, nachdem sie in Bezug aufeinander angeordnet worden sind. Alternativ dazu können sie durch Verstemmen oder Verschweißen oder mit (nicht dargestellten) Befestigungsmitteln oder auf andere herkömmliche Weise befestigt werden. Darüber hinaus wird der Fachmann erkennen, dass es auch möglich ist, dass der Mantel 70 und die Hülse 72 nicht aufgebaut sind wie dargestellt, sondern dass die radial äußere Wärmeübertragungsfläche 74 des Mantels im Wesentlichen merkmalsfrei ist und dass die radial innere Eindämmungsfläche 76 der Hülse mit Wänden und Aussparungen versehen ist, die den Fluidkanal 78 definieren. Wie in 7 und 8 dargestellt ist, sind Abdichtungen 98 zwischen dem Mantel 70 und der Hülse 72, axial außerhalb des Fluidkanals 78 und in der Nähe der einander entgegengesetzten axialen Enden der Hülse 72 vorgesehen, um zu verhindern, dass Kühlmittel aus der Maschine 40 dringt.
An einander entgegengesetzten Enden des Fluidkanals 78, an Stellen entlang des Strömungswegs 80 in der Nähe des hinteren axialen Endes des Mantels 70, befinden sich ein Fluidkanaleingang 86 und -ausgang 88, die durch den Mantel 70, radial innerhalb der abgedichteten Fuge(n) zwischen dem Mantel 70 und der Hülse 72 verlaufen. Wie oben erörtert, können die Bezeichnungen des Eingangs 86 und des Ausgangs 88 als solche je nach der gewählten Richtung des Kühlmittelstroms entlang des Strömungswegs 80 durch die Maschine 40 vertauscht sein. In der Maschine 40 weist der Fluidkanal 78 eine Mehrzahl von im Wesentlichen ersten Fluidkanalabschnitten 90 auf, die sich in Umfangsrichtung um die Achse 64 erstrecken. Die ersten Fluidkanalabschnitte 90 sind zueinander parallel und parallel zu einer gedachten (nicht dargestellten) Ebene, die senkrecht ist zur Achse 64. Der Fluidkanal 78 weist auch eine Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten 92 auf, von denen sich jeder zwischen axial benachbarten Enden 94 eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten 90 erstreckt. Jeder zweite Fluidkanalabschnitt 92 stellt eine serielle Fluidverbindung her zwischen einem Paar von einander benachbarten ersten Fluidkanalabschnitten 90, wobei das Einlassende 94 eines ersten Fluidkanalabschnitts 90 über einen zweiten Fluidkanalabschnitt 92 mit dem Auslassende 94 eines anderen ersten Fluidkanalabschnitts 90 in Fluidverbindung steht. Die Fluidkanalabschnitte 90 und 92 bilden eine Reihe von Spitzkehren, denen der Kühlmittelströmungsweg 80 folgt. Somit wird klar, dass sich der Fluidkanal 78 über erste Fluidkanalabschnitte 90 in Umfangsrichtung um die Mittelachse 64 herum erstreckt und axial über zweite Fluidkanalabschnitte 92 in einer Richtung entlang der Achse 64 verläuft. Daher verläuft der Strömungsweg 80 der Maschine 40, der vom Fluidkanalabschnitt 78 definiert wird, unabhängig vom Strömungsweg 180, der sich (über den ersten Fluidkanalabschnitt 90) im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse 64 erstreckt, in einer Richtung entlang der Mittelachse 64 (über den zweiten Fluidkanalabschnitt 92).
Der Fluidkanal 78 weist außerdem einen länglichen, generell geradlinigen dritten Fluidkanalabschnitt 96 auf, der sich in einer Richtung entlang einer Mittelachse 64 erstreckt. Wie dargestellt, steht eines von den beiden einander entgegengesetzten Enden des Fluidkanalabschnitts 96 in Fluidverbindung mit dem Fluidkanaleingang 86, und das andere steht mit einem Ende 94 des ersten Fluidkanalabschnitts 90, der am nächsten an der vorderen Abdeckung 60 und weitesten weg vom Fluidkanaleingang 86 angeordnet ist, in Fluidverbindung. Wie oben erörtert, steht die Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten 90 über die Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten 92 in serieller Fluidverbindung, um den Strömungsweg 80 zu definieren. Wie dargestellt, ist der Fluidkanalausgang 88 an einem Auslassende 94 des ringförmigen ersten Fluidkanalabschnitts 90 angeordnet, der am nächsten an der hinteren Abdeckung 58 angeordnet ist. Fluidkanaleingang 86 und -ausgang 88 stehen somit innerhalb der Maschine 40 durch seriell verbundene Fluidkanalabschnitte 90, 92 und 96 in Fluidverbindung miteinander. In bestimmten, nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Breite des Fluidkanals 78, die von einem der Fluidkanalabschnitte 90, 92 und/oder 96 definiert wird, lokal oder überall entlang der Länge des Fluidkanals geteilt sein, um parallele Unterkanäle entlang des Strömungswegs bereitzustellen, falls gewünscht.
Generell weist der zylindrische Mantel 70 ein Innenvolumen und einen axialen Endabschnitt 100 an der Rückseite der Maschine 40 auf. Der axiale Endabschnitt 100 des Mantels schließt zum Teil ein axiales Ende des Innenvolumens des Mantels ab, in dem der Rotor 42 und der Stator 44 angeordnet sind. Eine Fluidkammer 102 wird von Wänden 104 des axialen Endabschnitts 100 des Mantels definiert und steht mit dem Fluidkanal 78 in Fluidverbindung. Wie dargestellt, ist die Fluidkammer 102 über den Fluidkanaleingang 86 mit dem Fluidkanal 78 verbunden. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform kann die Fluidkammer 102 über den Fluidkanalausgang 88 mit dem Fluidkanal 78 verbunden sein.
Die Wände 104 und die hintere Abdeckung 58 bilden eine im Wesentlichen ringförmige Fluidleitung 106, die sich zwischen ersten und zweiten Öffnungen 108, 110 der Fluidkammer 102 und der Fluidleitung 106 erstreckt. Die Fluidleitung 106 definiert ebenfalls den Strömungsweg 80. Wie dargestellt, befindet sich die erste Öffnung 108 am axial inneren Ende des ersten Kühlmittelanschlussstücks 54, das, wie oben beschrieben, der Kühlmitteleinlass in die Maschine 40 ist. Alternativ dazu kann die erste Öffnung 108 der Fluidkammer 102 in der zylindrischen Außenwand des Mantels 70 angeordnet sein, wobei das erste Kühlmittelanschlussstück 54 dort eingepasst ist und nicht an der Abdeckung 58 fixiert ist wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. In einer solchen alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform steht das Kühlmitteleinlassanschlussstück radial von der Maschine 40 vor und wird nicht von der Abdeckung 58 getragen und steht nicht axial über diese vor. Flüssiges Kühlmittel, das über das erste Anschlussstück 54 und die erste Öffnung 108 in der Fluidkammer 102 aufgenommen wird, wird ringförmig um die Mittelachse 64 entlang des Strömungswegs 80 durch die Fluidleitung 106 zur zweiten Öffnung 110 gelenkt. In der dargestellten Ausführungsform steht die zweite Öffnung 110 in Fluidverbindung mit dem Eingang 86 des Fluidverteilungskanals 78.
Der axiale Endabschnitt 100 des Mantels ist auch mit einem Durchlass 112 ausgestattet, der mit dem Ausgang 88 des Fluidkanals 78 in Fluidverbindung steht, wie am besten in 8 zu sehen ist. Der Durchlass 112 ist durch eine Dichtung oder Abdichtung 114, die auch die Fuge zwischen dem Mantel 70 und der hinteren Abdeckung 58 abdichtet, fluidtechnisch von der Fluidkammer 102 isoliert, um zu verhindern, dass flüssiges Kühlmittel radial auswärts oder radial einwärts von der Fluidleitung 106 austritt.
Radial einwärts von der ringförmigen Fluidkammer 102 befindet sich ein Hohlraum 116, der von Wänden 104 des axialen Endabschnitts des Mantels gebildet wird. Der Hohlraum 116 ist im Wesentlichen von der Abdichtung 114 und der Fluidkammer 102 umgeben. Der Hohlraum 116 und die Kammer 102 stehen über die Wand 104, von der sie getrennt werden, in Wärmeleitverbindung. Im Hohlraum 116 und in Wärmeleitverbindung mit der Wand 104 befindet sich eine Wärmequelle 118 in Form eines Leistungselektronikmoduls 120. Die Leistungselektronik 120 ist von geeigneter Konfiguration und einer in der einschlägigen Technik bekannten Art für die Steuerung von elektrischer Leistung, die eine relative Drehung zwischen dem Rotor 42 und dem Stator 44 induziert, oder fallweise für die Steuerung von elektrischer Leistung, die durch deren relative Drehung erzeugt wird. Ein hinteres Wellenlager 69, das in einem Lagerbefestigungsabschnitt 122 aufliegt, der von den Wänden 104 des axialen Endabschnitts 100 des Mantels definiert wird, ist eine weitere Wärmequelle 118 der Maschine 40.
Die Wärme, die von der (den) Wärmequelle(n) 118 über die axiale Endabschnittswand bzw. die axialen Endabschnittswände 104 übertragen werden kann, ist konvektiv auf flüssiges Kühlmittel entlang des Strömungswegs 80 innerhalb der Fluidleitung 106 übertragbar. Somit kann Wärme vom Stator 44 und von der (den) zusätzlichen Wärmequelle(n) 118 (z. B. dem Leistungselektronikmodul 120 und/oder dem hinteren Lager 69) entlang des Strömungswegs 80 über die zylindrische Wand des Mantels 70 und den axialen Endabschnitt 100 des Mantels konvektiv auf flüssiges Kühlmittel übertragen werden.
Aus den Zeichnungen und der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass der Strömungsweg 80 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 40 am ersten Kühlmittelanschlussstück 54 beginnt, entlang der ringförmigen Fluidleitung 106 und durch den Fluidkanal 78 verläuft und am zweiten Kühlmittelanschlussstück 56 endet. Genauer wird flüssiges Kühlmittel, das durch den Kühlmitteleinlass 54 in der Maschine 40 aufgenommen wird, über die erste Öffnung 108 in der Fluidkammer 102 aufgenommen, strömt ringförmig durch die Fluidleitung 106 zur zweiten Öffnung 110, tritt durch die zweite Öffnung 110 in den Eingang 86 des Fluidverteilungskanals 78 ein und strömt weiter in einer Richtung entlang der Mittelachse 64 durch den dritten Fluidkanalabschnitt 96 zum verbundenen Einlassende 94 des ersten Fluidkanalabschnitts 90, der am nächsten an der vorderen Abdeckung 60 liegt. Flüssiges Kühlmittel in diesem ersten Fluidkanalabschnitt 90 strömt zwischen den Grenzflächen 74, 76 des Mantels 70 und der Hülse 72 innerhalb einer Mantelaussparung 84, die von Mantelwänden 82 begrenzt wird, in Umfangsrichtung um die Achse 64. Sobald das flüssige Kühlmittel das entgegengesetzte, Auslassende 94 dieses ersten Fluidkanalabschnitts 90 erreicht hat, strömt es über einen zweiten Fluidkanalabschnitt 92 axial weiter generell in einer Richtung entlang der Achse 64 zum Einlassende 94 des axial benachbarten ersten Fluidkanalabschnitts 90, entlang dessen es in Umfangsrichtung um die Achse 64 zum entgegengesetzten, Auslassende 90 des benachbarten ersten Fluidkanalabschnitts 90 strömt. Der Strömungsweg 80 des flüssigen Kühlmittels setzt sich auf diese Weise durch die seriell verbundenen ersten und zweiten Abschnitte 90, 92 des Fluidkanals 78 fort, bis er den Ausgang 88 des Fluidkanals 78 erreicht. Das Kühlmittel strömt durch den Ausgang 88 aus dem Fluidkanal 78 und zum Durchlass 112, von wo es durch das zweite Kühlmittelanschlussstück 56 aus der Maschine 40 strömt. In 9 und 10 wird der beschriebene Strömungsweg 80 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 40 von Richtungspfeilen angegeben. Alternativ dazu kann der Durchlass 112 in der zylindrischen Außenwand des Mantels 70 angeordnet sein, wobei das zweite Kühlmittelanschlussstück 56 dort eingepasst ist und nicht an der Abdeckung 58 fixiert ist wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. In einer solchen alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform steht das Kühlmitteleinlassanschlussstück radial von der Maschine 40 vor und wird nicht von der Abdeckung 58 getragen und steht nicht von dieser vor.
11 bis 20 zeigen eine rotierende elektrische Maschine der zweiten Ausführungsform 140, die abgesehen von dem, was in den Zeichnungen dargestellt und hierin beschrieben ist, von im Wesentlichen identischem Aufbau, identischer Betriebsweise und Funktion wie die rotierende elektrische Maschine der ersten Ausführungsform ist. Merkmale, die der Maschine 140 der zweiten Ausführungsform eigentümlich sind und die sich von den jeweiligen entsprechenden Merkmalen der Maschine 40 der ersten Ausführungsform erheblich unterscheiden können, sind durch Bezugszahlen gekennzeichnet, die die Summe von 100 plus der Bezugszahl, die mit dem jeweiligen Merkmal in der Maschine 40 der ersten Ausführungsform assoziiert ist, sind.
Die Maschine 140 der zweiten Ausführungsform weist ein generell zylindrisches Gehäuse 152 auf, das mit einem ersten Kühlmittelanschlussstück 154 und einem zweiten Kühlmittelanschlussstück 56 ausgestattet ist. Wie dargestellt, wird flüssiges Kühlmittel über das erste Kühlmittelanschlussstück 154, das ein Kühlmitteleinlass in die Maschine 140 ist, im Gehäuse 152 aufgenommen; das flüssige Kühlmittel wird über das zweite Kühlmittelanschlussstück 56, das ein Kühlmittelauslass aus der Maschine 140 ist, aus dem Gehäuse 152 ausgetragen. Man beachte, dass, wie oben im Zusammenhang mit der Maschine 40 der ersten Ausführungsform erörtert worden ist, die Anschlussstücke 154 und 56 in Bezug darauf, ob sie ein Kühlmitteleinlass oder ein Kühlmittelauslass der Maschine 140 sind, vertauscht sein können, mit einer daraus folgenden Vertauschung der Richtung des Stroms des flüssigen Kühlmittels durch die Maschine. Ebenso würden Bezeichnungen wie Einlass, Auslass, Eingang und/oder Ausgang, die sich auf die Richtung des Kühlmittelstroms entlang des Strömungswegs des flüssigen Kühlmittels bezieht, vertauscht sein. Die Maschine 140 der zweiten Ausführungsform kann in einem Kühlfüssigkeitskreis die Maschine 40 der ersten Ausführungsform ersetzen, wobei ein Einlassanschlussstück 154 auf ähnliche Weise aus einer Quelle, die außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 140 angeordnet ist, mit unter Druck stehendem flüssigem Kühlmittel beschickt wird und ein Auslassanschlussstück 56 auf ähnliche Weise mit einem (nicht dargestellten) Kühlmittelrückführungsschlauch verbunden ist.
Das Anschlussstück 154 selbst ist strukturell dem Anschlussstück 54 gleich und ist auf ähnliche Weise wie das Anschlussstück 54 an einer hinteren Abdeckung 58 verbunden ist, abnehmbar mit einer hinteren Abdeckung 158 verbunden; die hintere Abdeckung 158 selbst ist strukturell der hinteren Abdeckung 58 ähnlich, wobei der hauptsächliche Unterschied zwischen ihnen die jeweiligen Stellen sind, wo sich die Anschlussstücke 54 und 154 befinden. Wie am besten aus 12 und 14 ersichtlich ist, ist das Kühlmittelanschlussstück 154 generell koaxial mit der Mittelachse 64 mittig auf der kreisförmigen Abdeckung 158 angeordnet.
Die Maschine 140 weist einen generell zylindrischen Mantel 170 auf, der in Wärmeleitverbindung mit dem Stator 44 steht und Teil des Gehäuses 152 ist. Die Materialien des Mantels 170 und seine Beziehung zum Stator 44 sind im Wesentlichen wie oben mit Bezug auf den Mantel 70 der Maschine 40 der ersten Ausführungsform beschrieben. Darüber hinaus wirken der Mantel 170 und die zylindrische Hülse 72 zusammen, um den Fluidkanal 78 zu definieren, wie oben mit Bezug auf die Maschine 40 beschrieben. Der Fluidkanal 78 definiert einen Strömungsweg 180 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 140.
Wie in 15–19 dargestellt ist, weist der generell zylindrische Mantel 170 ein Innenvolumen und einen axialen Endabschnitt 200 auf der Rückseite der Maschine 140 auf, der das axiale Ende des Innenvolumens des Mantels, in dem der Rotor 42 und der Stator 44 angeordnet sind, abschließt. Die Fluidkammer 202 wird von Wänden 204 eines axialen Endabschnitts 200 des Mantels definiert, wobei eine Fluidkammer 202 mit dem oben beschriebenen Fluidkanal 78 über den Eingang 86 in Fluidverbindung steht. Die Wände 204 des axialen Endabschnitts 200 des Mantels und die Abdeckung 158 bilden eine generell spiralförmige Fluidleitung 206, die sich zwischen ersten und zweiten Öffnungen 208, 210 erstreckt. Die erste Öffnung 208 befindet sich am axial inneren Ende des ersten Kühlmittelanschlussstücks 154, bei dem es sich um den Kühlmitteleinlass in die Maschine 140 handelt. Flüssiges Kühlmittel, das über das erste Kühlmittelanschlussstück 154 in der Fluidkammer 202 aufgenommen wird, wird entlang des Strömungswegs 154 um die und auswärts zu Mittelachse 64 durch die Serpentinenleitung 206 zur zweiten Öffnung 210 gelenkt Die zweite Öffnung 210 steht in Fluidverbindung mit dem Eingang 86 des Fluidverteilungskanals 78. Wie der axiale Endabschnitt 100 des Mantels der Maschine 40 ist auch der axiale Endabschnitt 200 dieses Mantels mit dem Durchlass 112 ausgestattet, der mit dem Ausgang 88 des Fluidkanals 78 in Fluidverbindung steht. Der Durchlass 112 ist durch eine Dichtung oder Abdichtung 214, die auch die Fuge zwischen dem Mantel 170 und der abnehmbaren hinteren Abdeckung 158 abdichtet, fluidtechnisch von der Fluidkammer 202 isoliert, um zu verhindern, dass flüssiges Kühlmittel aus der Fluidkammer 202 austritt.
Der axiale Endabschnitt 200 des Mantels ist mit einer generell planen, axial inneren Oberfläche 216 ausgestattet, die von Wänden des axialen Endabschnitts des Mantels 204 gebildet wird. Die Oberfläche 216 und die Fluidkammer 202 stehen über die Wand 204, durch die sie getrennt werden, in Wärmeleitverbindung. An der Oberfläche 216 angeordnet und in Wärmeleitverbindung mit der Wand 204 befindet sich eine erste Wärmequelle 218 in Form eines Leistungselektronikmoduls 220. Die Leistungselektronik 220 ist von geeigneter Konfiguration und einer in der einschlägigen Technik bekannten Art für die Steuerung von elektrischer Leistung, die eine relative Drehung zwischen dem Rotor 42 und dem Stator 44 induziert, oder fallweise für die Steuerung von elektrischer Leistung, die durch deren relative Drehung erzeugt wird. Ein hinteres Wellenlager 69, das in einem Lagerbefestigungsabschnitt 222 gelagert ist, der von den Wänden 204 des axialen Endabschnitts 200 des Mantels definiert wird, ist eine andere Wärmequelle 218 der Maschine 140.
Die Wärme, die durch die Wand (die Wände) 204 des axialen Endabschnitts von der (den) Wärmequelle(n) 218 übertragen werden kann, kann konvektiv entlang des Strömungswegs 180 in der Fluidleitung 206 auf das flüssige Kühlmittel übertragen werden. Somit kann Wärme vom Stator 44 und von der (den) zusätzlichen Wärmequelle(n) 218 (z. B. dem Leistungselektronikmodul 220 und/oder dem hinteren Lager 69) entlang des Strömungswegs 180 über die zylindrische Wand des Mantels 170 und den axialen Endabschnitt 200 des Mantels konvektiv auf flüssiges Kühlmittel übertragen werden.
Aus den Zeichnungen und der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass der Strömungsweg 180 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 140 am ersten Kühlmittelanschlussstück 154 beginnt, entlang der spiralförmigen Fluidleitung 206 und durch den Fluidkanal 78 verläuft und am zweiten Kühlmittelanschlussstück 56 endet. Genauer wird flüssiges Kühlmittel, das durch den Kühlmitteleinlass 154 in der Maschine 140 aufgenommen wird, über die erste Öffnung 208 in der Fluidkammer 202 aufgenommen, strömt um die und auswärts zur Achse 64 durch die Fluidleitung 206, tritt durch die zweite Öffnung 210 in den Eingang 86 des Fluidverteilungskanals 78 ein und strömt weiter in einer Richtung entlang der Mittelachse 64 durch den dritten Fluidkanalabschnitt 96 zum verbundenen Einlassende 94 des ersten Fluidkanalabschnitts 90, der am nächsten an der vorderen Abdeckung 60 liegt, wie bei der Maschine 40 der ersten Ausführungsform. Flüssiges Kühlmittel in diesem ersten Fluidkanalabschnitt 90 strömt zwischen den Grenzflächen 74, 76 des Mantels 170 und der Hülse 72 innerhalb einer Mantelaussparung 84, die von Mantelwänden 82 begrenzt wird, in Umfangsrichtung um die Achse 64. Wie oben beschrieben, strömt das flüssige Kühlmittel, sobald es das entgegengesetzte, Auslassende 94 des ersten Fluidkanalabschnitts 90 erreicht hat, über einen zweiten Fluidkanalabschnitt 92 weiter axial in einer Richtung, die generell entlang der Achse 64 verläuft, zum Einlassende 94 des axial benachbarten ersten Fluidkanalabschnitts 90, entlang dessen es in Umfangsrichtung um die Achse 64 zum entgegengesetzten, Auslassende 90 des angrenzenden ersten Fluidkanalabschnitts 90 strömt, wie bei der Maschine 40 der ersten Ausführungsform. Der Strömungsweg 180 des flüssigen Kühlmittels setzt sich auf diese Weise durch die seriell verbundenen ersten und zweiten Abschnitte 90, 92 des Fluidkanals 78 fort, bis er den Ausgang 88 des Fluidkanals 78 erreicht. Das Kühlmittel strömt durch den Ausgang 88 aus dem Fluidkanal 78 und zum Durchlass 112, von wo es durch das zweite Kühlmittelanschlussstück 56 aus der Maschine 140 strömt. In 19 und 20 wird der beschriebene Strömungsweg 180 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 140 von Richtungspfeilen angegeben. Alternativ dazu kann die erste Öffnung 208 der Fluidkammer 202 in der zylindrischen Außenwand des Mantels 170 angeordnet sein, wobei das erste Kühlmittelanschlussstück 154 dort eingepasst ist und nicht an der Abdeckung 158 fixiert ist wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Außerdem kann alternativ dazu der Durchlass 112 in der zylindrischen Außenwand des Mantels 170 angeordnet sein, wobei das zweite Kühlmittelanschlussstück 56 dort eingepasst ist und nicht an der Abdeckung 158 fixiert ist wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. In (einer) solchen alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform(en) stehen die Kühlmitteleinlass- und -auslassanschlussstücke radial von der Maschine 140 vor und werden nicht von der Abdeckung 158 getragen und stehen nicht über diese vor.
21 bis 25 zeigen eine rotierende elektrische Maschine 240 der dritten Ausführungsform, die, außer wie in den Zeichnungen dargestellt und hierin beschrieben, von im Wesentlichen identischem Aufbau, identischer Betriebsweise und Funktion wie die rotierende elektrische Maschine 40 der ersten Ausführungsform ist. Merkmale, die der Maschine 240 der zweiten Ausführungsform eigentümlich sind und die sich von den jeweiligen entsprechenden Merkmalen der Maschine 40 der ersten Ausführungsform erheblich unterscheiden können, werden durch Bezugszahlen gekennzeichnet, die die Summe von 200 plus der Bezugszahl, die mit dem jeweiligen Merkmal in der Maschine 40 der ersten Ausführungsform assoziiert ist, bilden. Äußerlich ähnelt die Maschine 240 den Maschinen 40 und 140, abgesehen vom Ort des Kühlmittelanschlussstücks 254 in Bezug auf die abnehmbare hintere Abdeckung 258, die ansonsten ähnlich sind zu den ersten Kühlmittelanschlussstücken 54, 154 und den hinteren Abdeckungen 58,158 der Maschinen 40, 140. Das generell zylindrische Gehäuse 252 der Maschine 240 der dritten Ausführungsform weist auch einen Kühlmittelauslass 56 auf. Es sei klargestellt, dass, wie oben im Zusammenhang mit den Maschinen 40, 140 der ersten und zweiten Ausführungsform erörtert worden ist, die ersten und zweiten Kühlmittelanschlussstücke 254, 56 der Maschine 240 der dritten Ausführungsform die Maschine 240 mit dem Rest eines Kühlflüssigkeitskreises in Fluidverbindung bringen und vertauscht werden können, mit einer daraus folgenden Vertauschung der Richtung des Stroms des flüssigen Kühlmittels durch die Maschine. Ebenso würden Bezeichnungen wie Einlass, Auslass, Eingang und/oder Ausgang, die sich auf die Richtung des Kühlmittelstroms entlang eines Strömungswegs des flüssigen Kühlmittels bezieht, vertauscht werden.
Generell bildet der zylindrische Mantel 270 der Maschine 240 einen Teil des Gehäuses 252 und ähnelt dem Mantel 70 der Maschine 40 der ersten Ausführungsform. Der Mantel 270 steht mit dem Stator 44 in Wärmeleitverbindung und wirkt mit der zylindrischen Hülse 72 zusammen, um einen Fluidkanal 78 dazwischen zu definieren, wie oben mit Bezug auf die Maschinen 40 und 140 beschrieben worden ist. Der Fluidkanal 78 definiert einen Strömungsweg 280 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 240.
Der generell zylindrische Mantel 270 weist ein Innenvolumen und einen axialen Endabschnitt 300 auf der Rückseite der Maschine 240 auf, der das axiale Ende des Innenvolumens des Mantels, in dem der Rotor 42 und der Stator 44 angeordnet sind, teilweise abschließt. Die Fluidkammer 302 wird von Wänden 304 des axialen Endabschnitts 300 des Mantels definiert, wobei die Fluidkammer 302 mit dem oben beschriebenen Fluidkanal 78 über den Eingang 86 in Fluidverbindung steht. Die Wände 304 und die abnehmbare hintere Abdeckung 258 bilden eine generell S-förmige Fluidleitung 306, die sich zwischen ersten und zweiten Öffnungen 308, 310 erstreckt. Die erste Öffnung 308 befindet sich am axial inneren Ende eines ersten Kühlmittelanschlussstücks 254, bei dem es sich um den Kühlmitteleinlass in die Maschine 240 handelt. Flüssiges Kühlmittel, das über das erste Kühlmittelanschlussstück 254 in der Fluidkammer 302 aufgenommen wird, wird entlang des serpentinenförmigen Strömungswegs 280 durch die Fluidleitung 306 zur zweiten Öffnung 310 gelenkt. Die zweite Öffnung 310 steht in Fluidverbindung mit dem Eingang 86 des Fluidverteilungskanals 78. Wie der axiale Endabschnitt 100 des Mantels der Maschine 40 ist auch der axiale Endabschnitt 300 dieses Mantels mit einem Durchlass 112 ausgestattet, der mit dem Ausgang 88 des Fluidkanals 78 in Fluidverbindung steht. Der Durchlass 112 ist durch eine Dichtung oder Abdichtung 314, die auch die Fuge zwischen dem Mantel 270 und der abnehmbaren hinteren Abdeckung 258 abdichtet, fluidmäßig von der Fluidkammer 302 isoliert, um zu verhindern, dass flüssiges Kühlmittel aus der Fluidkammer 302 austritt.
Erste und zweite Hohlräume 316, 317 werden von Wänden 304 des axialen Endabschnitts 300 des Mantels definiert, und jeder Hohlraum ist im Wesentlichen von einem Abschnitt der S-förmigen Fluidkammer 302 umgeben, der zwischen den Hohlräumen 316, 317 verläuft und diese voneinander trennt. Jeder Hohlraum 316, 317 und die Kammer 302 stehen über die Wand 304, durch die sie getrennt werden, in Wärmeleitverbindung. Im ersten Hohlraum 316 und in Wärmeleitverbindung mit der definierenden Wand 304 befindet sich eine Wärmequelle 318 in Form eines ersten Leistungselektronikmoduls 320. Im zweiten Hohlraum 317 und in Wärmeleitverbindung mit der definierenden Wand 304 befindet sich eine andere Wärmequelle 318 in Form eines zweiten Leistungselektronikmoduls 321. Jedes Leistungselektronikmodul 320, 321 ist von geeigneter Konfiguration und einer in der einschlägigen Technik bekannten Art für die Steuerung von elektrischer Leistung, die eine relative Drehung zwischen dem Rotor 42 und dem Stator 44 induziert, oder fallweise für die Steuerung von elektrischer Leistung, die durch deren relative Drehung erzeugt wird. Durch das S-förmige Muster der Fluidleitung 306 wird jedes Modul 320, 321 auf drei Seiten von Kühlflüssigkeit umströmt, wodurch die Wärmeabstrahlung von den Modulen maximiert wird, indem ein maximaler Kühlmittelkontakt mit den Wänden 304 für eine gegebene Wärmequellen-Packungsgröße ermöglicht wird. Darüber hinaus kann auch das hintere Wellenlager 69, das in einem Lagerbefestigungsabschnitt 322 gestützt wird, der von den Wänden 304 des axialen Endabschnitts 300 des Mantels definiert wird, während des Betriebs der Maschine 240 als Wärmequelle 318 dienen.
Die Wärme, die durch die axialen Endabschnittswände 304 von der (den) Wärmequelle(n) 318 übertragen werden kann, kann konvektiv entlang des Strömungswegs 280 in der Fluidleitung 306 auf das flüssige Kühlmittel übertragen werden. Somit kann Wärme vom Stator 44 und von zusätzlichen Wärmequellen 318 (z. B. den Leistungselektronikmodulen 320, 321 und/oder dem hinteren Lager 69) entlang des Strömungswegs 280 über die zylindrische Wand des Mantels 270 und den axialen Endabschnitt 300 des Mantels konvektiv auf das flüssige Kühlmittel übertragen werden.
Aus den Zeichnungen und der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass der Strömungsweg 280 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 240 am ersten Kühlmittelanschlussstück 254 beginnt, sich entlang der S-förmigen Fluidleitung 306 und durch den Fluidkanal 78 erstreckt und am zweiten Kühlmittelanschlussstück 56 endet. Genauer wird flüssiges Kühlmittel, das durch den Kühlmitteleinlass 254 in der Maschine 240 aufgenommen wird, über die erste Öffnung 308 in der Fluidkammer 302 aufgenommen, strömt entlang der serpentinenförmigen Fluidleitung 306, die sich in Umfangsrichtung um jeden der Hohlräume 316, 317 erstreckt und diese im Wesentlichen umgibt, und tritt durch die zweite Öffnung 310 in den Eingang 86 des Fluidkanals 78 ein. Innerhalb des Fluidkanals 78 strömt das Kühlmittel weiter in einer Richtung entlang der Mittelachse 64 durch den dritten Fluidkanalabschnitt 96 zum in Fluidverbindung stehenden Einlassende 94 des ersten Fluidkanalabschnitts 90, der sich am nächsten an der vorderen Abdeckung 60 befindet, wie in den Maschinen 40, 140 der ersten und zweiten Ausführungsformen. Flüssiges Kühlmittel in diesem ersten Fluidkanalabschnitt 90 strömt zwischen den Grenzflächen 74, 76 des Mantels 270 und der Hülse 72 innerhalb einer Mantelaussparung 84, die von Mantelwänden 82 begrenzt wird, in Umfangsrichtung um die Achse 64. Sobald das flüssige Kühlmittel das entgegengesetzte, Auslassende 94 des ersten Fluidkanalabschnitts 90 erreicht hat, strömt es weiter über einen zweiten Fluidkanalabschnitt 92 axial in einer Richtung, die generell entlang der Achse 64 verläuft, zum Einlassende 94 des axial benachbarten ersten Fluidkanalabschnitts 90, entlang dessen es in Umfangsrichtung um die Achse 64 zum entgegengesetzten, Auslassende 90 des angrenzenden ersten Fluidkanalabschnitts 90 strömt, wie in den Maschinen 40, 140 der ersten und zweiten Ausführungsformen. Der Strömungsweg 280 des flüssigen Kühlmittels setzt sich auf diese Weise durch die seriell verbundenen ersten und zweiten Abschnitte 90, 92 des Fluidkanals 78, durch den Ausgang 88 des Fluidkanals 78, zum Durchlass 112 und durch das zweite Kühlmittelanschlussstück 56 aus der Maschine 240 fort. In 25 ist der beschriebene Strömungsweg 280 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 240 von Richtungspfeilen bezeichnet. Alternativ dazu kann die erste Öffnung 308 der Fluidkammer 302 in der zylindrischen Außenwand des Mantels 270 angeordnet sein, wobei das erste Kühlmittelanschlussstück 254 dort eingepasst ist und nicht an der Abdeckung 258 fixiert ist wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Außerdem kann alternativ dazu der Durchlass 112 in der zylindrischen Außenwand des Mantels 170 angeordnet sein, wobei das zweite Kühlmittelanschlussstück 56 dort eingepasst ist und nicht an der Abdeckung 258 fixiert ist wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. In (einer) solchen alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform(en) steht das Kühlmitteleinlassanschlussstück radial von der Maschine 240 vor und wird nicht von der Abdeckung 258 getragen und steht nicht von dieser vor.
26 zeigt einen Abschnitt einer rotierenden elektrischen Maschine 340 der vierten Ausführungsform, die der Maschine 240 der dritten Ausführungsform ähnlich ist, einschließlich von alternativen, nicht dargestellten Varianten davon, bei denen die Kühlkreiseinlass- und auslassanschlussstücke radial von der zylindrischen Wand des Mantels vorstehen. In der Maschine 340 sind jedoch die ersten und zweiten Leistungselektronikmodule 420, 421, die den Leistungselektronikmodulen 320, 321 der Maschine 240 der zweiten Ausführungsform ähnlich sind, Wärmequellen 418, die an deren hinterer Abdeckung 358 befestigt sind. Die hintere Abdeckung 358 der Maschine 340, eine Komponente von deren Gehäuse 352, ähnelt ansonsten der hinteren Abdeckung 258 der Maschine 240. Die Leistungselektronik 420, 421 ist in Hohlräumen 316, 317 des Mantels 270 aufgenommen, und diese Wärmequellen 418 stehen mit Wänden 304 des axialen Endabschnitts 300 in Wärmeleitverbindung, wie bei der Maschine 240 der dritten Ausführungsform. Das hintere Lager 69 ist eine weitere Wärmequelle 418 der Maschine 340. Angesichts der Offenbarung der Maschine 340 der vierten Ausführungsform sind (nicht dargestellte) Ausführungsformen von rotierenden elektrischen Maschinen, die anderen Maschinen ähnlich sind, die hierin offenbart sind, aber Wärmequellen aufweisen, die an ihren hinteren Abdeckungen befestigt sind, ohne Weiteres vorstellbar.
27 bis 36 zeigen eine rotierende elektrische Maschine 440 der fünften Ausführungsform. Die Maschine 440 weist einen Rotor 42 und einen Stator 444 (33 und 34) mit gegenseitiger relativer Drehung dar. Wie in 27 und 28 dargestellt ist, weist die Maschine 440 ein generell zylindrisches Gehäuse 452 auf, das mit einem ersten Kühlmittelanschlussstück 454 und einem zweiten Kühlmittelanschlussstück 456 ausgestattet ist. Wie dargestellt, wird flüssiges Kühlmittel über das erste Kühlmittelanschlussstück 454, das ein Kühlmitteleinlass in die Maschine 440 ist, im Gehäuse 452 aufgenommen; das flüssige Kühlmittel wird über das zweite Kühlmittelanschlussstück 456, das ein Kühlmittelauslass aus der Maschine 440 ist, aus dem Gehäuse 452 ausgetragen. Es sei klargestellt, dass die Anschlussstücke 454 und 456, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsform, in Bezug auf ihre Funktion als Kühlmitteleinlass und -auslass in die und aus der Maschine 440 vertauscht werden können, mit daraus folgender Vertauschung der Richtung des Stroms des flüssigen Kühlmittels durch die Maschine, und dass die Bezeichnungen wie Einlass, Auslass, Eingang und/oder Ausgang in Bezug auf die Richtung des Kühlmittelstroms entlang des Strömungswegs für flüssiges Kühlmittel ebenfalls vertauscht sein würden.
In der Regel ist die Maschine 440, wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen, Teil eines geschlossenen Kühlkreissystems einer bekannten Art, das eine Kühlflüssigkeitspumpe und einen Wärmetauscher (nicht dargestellt) aufweist. Was die dargestellte Ausführungsform betrifft, so wird das Einlassanschlussstück 454, sobald es installiert und in Betrieb genommen ist, mit unter Druck stehendem flüssigem Kühlmittel von einer Quelle außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 440 beschickt, beispielsweise durch einen (nicht dargestellten) Kühlmittelbeschickungsschlauch, der daran angeklemmt oder anderweitig damit verbunden ist. Das Auslassanschlussstück 456 ist auf ähnliche Weise mit einem (nicht dargestellten) Kühlmittelrückführungsschlauch verbunden, der Kühlmittel transportiert, das aus der Maschine 440 ausgetragen wird und anschließend gekühlt wird.
Die Anschlussstücke 454, 456 können aus Stahlrohr gebildet sein und sind jeweils an der kreisförmigen, planen vorderen Abdeckung und der hinteren Abdeckung 458 befestigt, die vordere und hintere axiale Enden des zylindrischen Gehäuses 452 bilden. Die Abdeckungen 458, 460 sind starr und können aus einem Stahlplattenmaterial gebildet sein, das Öffnungen aufweist, in die axial innenseitige Enden der Anschlussstücke 456, 454 eingeführt und, beispielsweise durch Hartlöten, befestigt sind. Die vordere Abdeckung 460 ist mit einer zentralen Öffnung versehen, durch die eine Welle 62 verläuft, die sich um eine Mittelachse 64 drehen kann und die drehbar am Rotor 42 befestigt ist. Eine Riemenscheibe 66 ist außerhalb des Gehäuses 452 drehbar an der Welle 62 befestigt. Innerhalb des Gehäuses 452 wird die Welle 62 von vorderen und hinteren Lagern 68, 69 gestützt, wie in 33 und 34 dargestellt ist.
Die Maschine 440 weist einen generell zylindrischen Mantel 470 auf, der in Wärmeleitverbindung mit dem Stator 444 steht und Teil des Gehäuses 452 ist. Der Mantel 470 ist vorzugsweise aus einem hoch wärmeleitfähigen, starren Material, wie beispielsweise Aluminium, gegossen, kann aber alternativ auch aus Eisen bestehen und/oder eine Stanzung oder Schweißung sein. Radial um den Mantel 470 herum ist eine röhrenförmige, zylindrische Hülse 472 angeordnet, die beispielsweise aus einem metallischen (z. B. Stahl oder Aluminium) oder Kunststoffflächengebilde bestehen kann. Der Mantel 470 stellt eine generell zylindrische, radial äußere Wärmeübertragungsfläche 474 bereit, und die röhrenförmige Hülse 472 stellt eine zylindrische, radial innere Eindämmungsgrenzfläche 476 bereit. Zwischen der radial äußeren Wärmeübertragungsfläche 474 und der radial inneren Eindämmungsfläche 476 ist ein Fluidkanal 478 angeordnet, der einen Strömungsweg 480 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 440 bereitstellt. Anders ausgedrückt ist der Fluidkanal 478 axial zwischen den einander entgegengesetzten axialen Enden der röhrenförmigen Hülse 472 und in Räumen angeordnet, die radial zwischen übereinander angeordneten äußeren und inneren Oberflächen 474 und 476 vorhanden sind. Zumindest ein Abschnitt des durch die Maschine 440 verlaufenden Strömungswegs 480 für flüssiges Kühlmittel folgt dem Fluidkanal 478.
Der Mantel 470 und die Hülse 472 können beispielsweise dadurch aneinander befestigt werden, dass sie auf bekannte Weise pressgepasst oder thermisch aufeinander gepasst werden, beispielsweise durch Kühlen des Mantels 470 und Erwärmen der Hülse 472 vor ihrer Zusammensetzung, und dass man sie anschließend ihre Temperaturen angleichen lässt, nachdem sie in Bezug aufeinander angeordnet worden sind. Darüber hinaus wird der Fachmann erkennen, dass es auch möglich ist, dass die radial äußere Wärmeübertragungsfläche 474 des Mantels nicht strukturiert ist wie dargestellt, sondern im Wesentlichen merkmalsfrei ist, während die radial innere Eindämmungsfläche 476 der Hülse mit Aussparungen versehen ist, die den Fluidkanal definieren. Wie in 33 und 34 dargestellt ist, sind Abdichtungen 498 zwischen dem Mantel 470 und der Hülse 472 an deren einander entgegengesetzten Enden vorgesehen.
Die generell zylindrische radial äußere Wärmeübertragungsfläche 474 des Mantels 470 ist mit einer kontinuierlichen, spiralförmigen Nut 482 versehen, die sich in Umfangsrichtung um die Achse 64 erstreckt und die axial mit einer gleichmäßigen Steigung in einer Richtung entlang dieser Achse 64 verläuft und einen Fluidkanal 478 definiert. Wie dargestellt, kann der Querschnitt der spiralförmigen Nut 482 im Wesentlichen rechteckig und von generell gleichmäßiger Form sein, kann aber entlang des Strömungswegs 480 geändert werden, um den Kühlmittelstrom und/oder die Wärmeübertragungsbedingungen nach Wunsch zu beeinflussen. Die Abschnitte der radial äußeren Wärmeübertragungsfläche 474 außerhalb der spiralförmigen Nut 482 stehen mit der zylindrischen, glatten, radial inneren Eindämmungsfläche 476 der Hülse 472 in Kontakt, die im Wesentlichen merkmalsfrei ist. Abschnitte des Fluidkanals 478 sind somit radial zwischen der inneren Eindämmungsfläche 476 der Hülse und dem Boden der Nut 482 angeordnet.
In der Maschine 440 definiert die spiralförmige Nut 482 einen primären oder ersten Abschnitt eines Fluidkanals 478, der sich in Umfangsrichtung um die Achse 64 erstreckt und gleichzeitig in einer Richtung entlang der Achse 64 verläuft. Um die und entlang der Achse 64 hängen die gleichzeitige Erstreckung in Umfangsrichtung und der axiale Verlauf des Fluidkanals 478, wie von der spiralförmigen Nut 482 definiert, zusammen. Anders ausgedrückt verläuft der Strömungsweg 480 in der Maschine 440, wie vom Fluidkanal 478 definiert, in einer Richtung entlang der Mittelachse 64 abhängig vom Strömungsweg 480, der sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse 64 erstreckt.
An einander entgegengesetzten Enden 484, 485 der spiralförmigen Nut 482 befinden sich an Stellen entlang des Strömungswegs 480 der Eingang 486 und der Ausgang 488 des Fluidkanals 478. Der Eingang 486 und der Ausgang 488 erstrecken sich jeweils durch den Mantel 470 radial einwärts von den abgedichteten Fugen zwischen dem Mantel 470 und der Hülse 472. Wie oben erörtert, können die Bezeichnungen des Eingangs 486 und des Ausgangs 488 als solche je nach der gewählten Richtung des Kühlmittelstroms entlang des Strömungswegs 480 durch die Maschine 440 vertauscht werden. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform der Maschine 440 befinden sich die Anschlussstücke 454 und 456 an einander entgegengesetzten Enden der spiralförmigen Nut 482, sind in Öffnungen befestigt, die in der zylindrischen Hülse 472 vorgesehen sind, und definieren den Fluidkanaleingang 486 bzw. den Fluidkanalausgang 488. In einer solchen alternativen Ausführungsform stehen die Anschlussstücke 454 und 456 radial von der Maschine 440 vor und werden nicht von den Abdeckungen 460 und 458 getragen und stehen nicht von diesen vor wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt.
Es sind ältere flüssigkeitsgekühlte rotierende elektrische Maschinen bekannt, die eine generell zylindrische Wärmeübertragungsfläche mit einer spiralförmigen Nut aufweisen, ähnlich der Nut 482, die einen spiralförmigen Fluidkanal definiert.
Abhängig von der Größe und der Steigung der Nut, die diesen spiralförmigen Fluidkanal definiert, können in diesen älteren Maschinen Regionen der Wärmeübertragungsfläche existieren, wo nur eine minimale Kühlwirkung gegeben ist, da der Fluidkanal in Bezug zum Rest der Wärmeübertragungsfläche nicht an diesen Regionen entlang verläuft und sie daher nicht konvektiv gekühlt werden. Solche Regionen können Stellen sein, die lokal übermäßig heiß werden.
Um diese Nachteile von älteren flüssigkeitsgekühlten rotierenden elektrischen Maschinen aufzuheben, weist der Fluidkanal 478 der Maschine 440 auch ein Paar Hilfskühlmittelnuten 490, 491 in der Wärmeübertragungsfläche 474 auf. Die Hilfskühlmittelnuten 490, 491 definieren sekundäre Abschnitte des Fluidkanals 478 und einen Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel 480 durch die Maschine 440. Wie dargestellt, ist jede Hilfskühlmittelnut 490, 491 im Wesentlichen halbkreisförmig und ist über ihre Länge von im Wesentlichen gleichmäßiger Größe; diese Merkmale können nach Wunsch geändert werden, um das Kühlmittel, das dort entlang strömt, und die Wärmeübertragung aus der betreffenden Region oder Zone zu beeinflussen. Die Querschnittsgröße der sekundären Kühlkanalabschnitte, die von den Hilfskühlmittelnuten 490, 491 definiert werden, ist wesentlich kleiner als die des primären Fluidkanalabschnitts, der von der spiralförmigen Nut 482 definiert wird. Die Durchflussmenge an flüssigem Kühlmittel durch die Hilfskühlmittelnuten 490, 491 ist daher wesentlich geringer als die Durchflussmenge an flüssigem Kühlmittel durch die spiralförmige Nut 482.
In Bezug auf die Richtung des Kühlmittels, das entlang des Strömungswegs 480 strömt, erstreckt sich die zuerst kommende Hilfskühlmittelnut 490 zwischen ersten 492 und zweiten 493 Stellen, die entlang der spiralförmigen Nut 482 voneinander beabstandet sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Stellen 492, 493 in Umfangsrichtung etwa 360° um die Achse 64 herum voneinander beabstandet. Somit können die erste Stelle 492 und die zweite Stelle 493 radial um die Achse 64 ungefähr auf gleicher Linie liegen, wie dargestellt. Die Stellen 492, 493 sind außerdem axial ungefähr über die Länge der gleichmäßigen Steigung der spiralförmigen Nut 482 voneinander beabstandet. Die erste Stelle 492 befindet sich nahe des Endes 484 der spiralförmigen Nut 482, angrenzend an den Fluidkanaleingang 486. Die zweite Stelle 493 befindet sich axial weiter innen als die erste Stelle 492, d. h. in Richtung entlang der Achse 64 weiter weg vom Eingang 486 und näher am Ausgang 488. Somit steht die spiralförmige Nut 482 nahe ihrem Ende 484 über die Hilfskühlmittelnut 490 mit einem axial weiter innen liegenden Teil von sich selbst in Fluidverbindung. Die axial weiter innen liegende zweite Stelle 493 befindet sich in der Nähe des Punktes, an dem die spiralförmige Nut 482 die Mittelachse 64 das erste Mal ganz umkreist hat, in der Wärmeübertragungsfläche 474, in der Richtung des Kühlmittelstroms entlang der spiralförmigen Nut 482. Somit steht der primäre Abschnitt 482 der spiralförmigen Nut/des Fluidkanals 482 an der ersten Stelle 492 über den sekundären Fluidkanalabschnitt 490 an der zweiten Stelle 493 mit sich selbst in Fluidverbindung.
Ebenso erstreckt sich die als zweites kommende Hilfskühlmittelnut 491 zwischen dritten 494 und vierten 495 Stellen, die entlang der spiralförmigen Nut 482 voneinander beabstandet sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die dritten und vierten Stellen 494, 493 in Umfangsrichtung etwa 360° um die Achse 64 herum voneinander beabstandet. Somit können die dritte Stelle 494 und die vierte Stelle 495 radial um die Achse 64 ungefähr auf gleicher Linie liegen, wie dargestellt. Die Stellen 494, 495 sind außerdem axial ungefähr über die Länge der gleichmäßigen Steigung der spiralförmigen Nut 482 voneinander beabstandet. Die vierte Stelle 495 befindet sich nahe des Endes 485 der spiralförmigen Nut 482, angrenzend an den Fluidkanalausgang 488. Die dritte Stelle 494 befindet sich axial weiter innen als die vierte Stelle 495, d. h. in Richtung entlang der Achse 64 weiter weg vom Ausgang 488 und näher am Eingang 486. Somit steht die spiralförmige Nut 482 nahe ihrem Ende 485 über die Hilfskühlmittelnut 491 mit einem axial weiter innen liegenden Teil von sich selbst in Fluidverbindung. Die axial weiter innen liegende dritte Stelle 494 befindet sich in der Nähe des Punkts, an dem die spiralförmige Nut 482 die Mittelachse 64 ihre letzte Umkreisung der Mittelachse 64 beginnt, in der Wärmeübertragungsfläche 474, in der Richtung des Kühlmittelstroms entlang der spiralförmigen Nut 482. Somit steht der primäre Abschnitt 482 der spiralförmigen Nut/des Fluidkanals 482 an der dritten Stelle 494 über den sekundären Fluidkanalabschnitt 491 an der vierten Stelle 493 mit sich selbst in Fluidverbindung.
Jede Hilfskühlmittelnut/jeder sekundäre Fluidkanalabschnitt 490, 491 erstreckt sich zwischen ihrem/seinem jeweiligen Paar von Stellen 492, 493 oder 494, 495 und verläuft durch eine Region oder Zone 496, 497 einer Wärmeübertragungsfläche 474, durch die die größere spiralförmige Nut 482 nicht verläuft. Ohne die Bereitstellung der Hilfskühlmittelnut 490, 491 würden die Zonen 496, 497 nicht ausreichend gekühlt werden und einen Ort bilden, an dem es zu einer unerwünschten, übermäßigen Erwärmung kommt. Die Zonen 496 und 497 werden von den schattierten Regionen von 29–32 und 36 ungefähr dargestellt. Wie am besten aus 36 ersichtlich ist, sind die Formen der beiden Hilfskühlmittelnuten 490 und 491 im Wesentlichen gegenseitige Spiegelbilder und können ansonsten im Wesentlichen identisch sein. Wie dargestellt, ist die Hilfskühlmittelnut 490, 491 gekrümmt und reicht deutlich bis in ihre jeweilige Zone 496, 497 hinein.
Wie auf der linken Seite von 36 dargestellt ist, wird flüssiges Kühlmittel unter Druck im Eingang 486 des Fluidkanals 478 aufgenommen. Nahe des Eingangs 486 wird ein kleinerer Teil des flüssigen Kühlmittels, das in den Fluidkanal 478 strömt, an der ersten Stelle 492 in die als erstes kommende Hilfskühlmittelnut 490 gelenkt; der Hauptteil des verzweigten Stroms von flüssigem Kühlmittel durch den Fluidkanal 478 strömt weiter entlang der spiralförmigen Nut 482. Der kleinere Teil des flüssigen Kühlmittels, der in der Hilfskühlmittelnut 490 aufgenommen wird, wird dort entlang durch die als erstes kommende Zone 496 im Raum zwischen übereinander liegenden Oberflächen 474 und 476 transportiert und absorbiert konvektiv Wärme aus der Zone 496, bevor er sich an der zweiten Stelle 493 mit dem Hauptteil des verzweigten Kühlmittelstroms durch die spiralförmige Nut 482 wieder vereinigt, wonach der Kühlmittelstrom durch den Fluidkanal 478 nicht mehr verzweigt, sondern vereinigt ist, bis er an der dritten Stelle 494 ankommt. Flüssiges Kühlmittel, das am Anfang an der ersten Stelle 492 in der Hilfskühlmittelnut 490 aufgenommen wird, strömt in die Zone 496 und in Richtung auf den Scheitelpunkt 499, der von der Nut 490 gebildet wird, in einer Richtung, die derjenigen des Stroms durch die spiralförmige Nut 482 generell entgegengesetzt ist. Entlang der Nut 490 befindet sich der Scheitel 499 zwischen den Stellen 492 und 493. Sobald das Kühlmittel, das durch die Nut 490 strömt, deren Scheitel 499 erreicht hat, ändert sich die generelle Richtung des Kühlmittelstroms entlang der Nut 490 und wird im Wesentlichen zu derjenigen des Kühlmittelstroms durch die spiralförmige Nut 482. Dann nähern sich die Ströme des flüssigen Kühlmittels durch die Nuten 490 und 482 und vereinigen sich an der zweiten Stelle 493. Man beachte, dass an der ersten Stelle 492 die Öffnung zur Hilfskühlmittelnut 490 in Bezug auf die spiralförmige Nut 482 so ausgerichtet ist, dass sie das unter Druck stehende flüssige Kühlmittel aufnehmen kann. An der zweiten Stelle 493 ist die Öffnung von der Hilfskühlmittelnut 490 in Bezug auf die spiralförmige Nut 482 so ausgerichtet, dass sie die Vereinigung der kleineren und größeren Teile des Stroms des flüssigen Kühlmittels entlang des Strömungswegs 480 erleichtert.
Wie auf der rechten Seite von 36 dargestellt ist, wird flüssiges Kühlmittel stromabwärts von der zweiten Stelle 493 unter Druck durch die spiralförmige Nut 493 transportiert. Ein kleinerer Teil des Stroms des flüssigen Kühlmittels durch den Fluidkanal 478 wird an der dritten Stelle 494 in der Öffnung der als zweites kommenden Hilfskühlmittelnut 491 aufgenommen; der Hauptteil des verzweigten Stroms des flüssigen Kühlmittels strömt an der dritten Steile 494 an der Eingangsöffnung zur Hilfskühlmittelnut 491 vorbei und weiter entlang der spiralförmigen Nut 482 in Richtung auf den Fluidkanalausgang 488. Nahe am Ausgang 488 steht die Hilfskühlmittelnut 491 an der vierten Stelle 495 mit der spiralförmigen Nut 482 in Fluidverbindung, wo der kleinere Teil des verzweigten Stroms des flüssigen Kühlmittels durch die Hilfskühlmittelnut 491 wieder in den Hauptteil eingeführt wird. Das vereinigte flüssige Kühlmittel tritt dann durch den Ausgang 488 aus dem Fluidkanal 478 aus. Der kleinere Teil des flüssigen Kühlmittels, der in der Hilfskühlmittelnut 491 aufgenommen wird, wird dort entlang durch die als zweites kommende Zone 497 im Raum zwischen übereinander liegenden Oberflächen 474 und 476 transportiert und absorbiert konvektiv Wärme aus der Zone 497, bevor er sich an der vierten Stelle 495 mit dem Hauptteil des verzweigten Kühlmittelstroms durch die spiralförmige Nut 482 wieder vereinigt, wonach der Kühlmittelstrom durch den Fluidkanal 478 nicht mehr verzweigt, sondern vereinigt ist. Flüssiges Kühlmittel, das am Anfang an der dritten Stelle 492 in der Hilfskühlmittelnut 491 aufgenommen wird, strömt in die Zone 497 und in Richtung auf den Scheitelpunkt 499, der von der Nut 490 gebildet wird, in einer Richtung, die von derjenigen des Kühlmittelstroms durch die spiralförmige Nut 482 abweicht, aber dieser generell gleich ist. Entlang der Nut 491 befindet sich der Scheitel 499 zwischen den Stellen 494 und 495. Sobald dieses Kühlmittel den Scheitel 499 der Nut 491 erreicht hat, ändert sich die Richtung des Kühlmittelstroms durch die Nut 491 so, dass sie generell entgegengesetzt ist zu der des Stroms durch die spiralförmige Nut 482, und die Kühlmittelströme werden an der vierten Stelle 495, in der Nähe des Ausgangs 488, vereinigt. Man beachte, dass an der dritten Stelle 494 die Öffnung zur Hilfskühlmittelnut 491 in Bezug auf die spiralförmige Nut 482 so ausgerichtet ist, dass sie das unter Druck stehende flüssige Kühlmittel aufnehmen kann. An der vierten Stelle 495 ist die Öffnung von der Hilfskühlmittelnut 491 in Bezug auf die spiralförmige Nut 482 so ausgerichtet, dass sie die Vereinigung der kleineren und größeren Teile des Stroms des flüssigen Kühlmittels entlang des Strömungswegs 480 erleichtert.
Wie dargestellt, wird der Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel, 480, vom primären Abschnitt 482 und von den sekundären Abschnitten 490, 491 des Fluidkanals 478 definiert. Die ersten und zweiten Stellen 492, 493 stehen über den sekundären Abschnitt 490 des Fluidkanals und den primären Abschnitt 482 des Fluidkanals in Fluidverbindung. Die dritten und vierten Stellen 494, 495 stehen über den sekundären Abschnitt 491 des Fluidkanals und den sekundären Abschnitt 482 des Fluidkanals in Fluidverbindung. Somit wird in der Maschine 440 der Strömungsweg 480 von der spiralförmigen Nut 482 und den Hilfskühlmittelnuten 490, 491 definiert.
Wie am besten aus 34 ersichtlich ist, steht das axial weiter innen liegende Ende des ersten Kühlmittelanschlussstücks 454 mit dem Durchlass 512 im axialen Endabschnitt des zylindrischen Mantels 470 im vorderen Teil der Maschine 440 in Fluidverbindung. Eine Dichtung oder Abdichtung 513 dichtet die Fuge zwischen der vorderen Abdeckung 460 und dem Mantel 470 um den Durchlass 512 herum ab. Der Durchlass 512 steht in Fluidverbindung mit dem Eingang 486 des Fluidkanals 478. Somit wird flüssiges Kühlmittel unter Druck durch den Kühlmitteleinlass 454 in die Maschine 440 eingeführt und strömt durch den Durchlass 512 und den Eingang 486 zum Fluidkanal 478.
Generell weist der zylindrische Mantel 470 ein Innenvolumen und einen zumindest zum Teil abschließenden axialen Endabschnitt 500 im hinteren Teil der Maschine 440 auf. Der axiale Endabschnitt 500 des Mantels schließt das Innenvolumen des Mantels, in dem der Rotor 42 und der Stator 444 angeordnet sind, zum Teil ab. Die Fluidkammer 502 wird von Wänden 504 des axialen Endabschnitts 500 des Mantels definiert, wobei die Fluidkammer 502 mit dem Fluidkanal 78 in Fluidverbindung steht. Die Wände 504 der Fluidkammer 502 und die hintere Abdeckung 458 definieren eine im Wesentlichen ringförmige Fluidleitung 506 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 440, die sich zwischen ersten und zweiten Öffnungen 508, 510 erstreckt und einen Strömungsweg 480 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 440 definiert. Die erste Öffnung 508 der Fluidleitung 506 steht mit dem Ausgang 488 des Fluidkanals 478 in Fluidverbindung. Flüssiges Kühlmittel, das in der Fluidleitung 506 aufgenommen wird, wird ringförmig entlang des Strömungswegs 480 durch die Leitung 506 zur zweiten Öffnung 510 gelenkt. Die zweite Öffnung 510 steht mit dem axial inneren Ende des zweiten Kühlmittelanschlussstücks 456, bei dem es sich um den Kühlmittelauslass aus der Maschine 440 handelt, in Fluidverbindung. Die Dichtung oder Abdichtung 514 dichtet die Fuge zwischen dem Mantel 470 und der hinteren Abdeckung 458 ab, um zu verhindern, dass flüssiges Kühlmittel aus der Fluidleitung 506 austritt. Alternativ dazu kann die zweite Öffnung 508 der Fluidkammer 502 in der zylindrischen Außenwand des Mantels 470 angeordnet sein, wobei das zweite Kühlmittelanschlussstück 456 dort eingepasst ist und nicht an der hinteren Abdeckung 458 fixiert ist wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Außerdem kann alternativ dazu ein Durchlass 512 in der zylindrischen Außenwand des Mantels 470 angeordnet sein, wobei das erste Kühlmittelanschlussstück 454 dort eingepasst ist und nicht an der Abdeckung 460 fixiert ist wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. In (einer) solchen alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform(en) stehen die Kühlmitteleinlass- und auslassanschlussstücke radial von der Maschine 440 vor und werden nicht von vorderen und hinteren Abdeckungen 460 und 458 getragen und stehen nicht von diesen vor.
Radial einwärts von der ringförmigen Fluidkammer 502 befindet sich ein Hohlraum 516, der von den Wänden 504 des axialen Endabschnitts des Mantels gebildet wird. Der Hohlraum 516 ist im Wesentlichen von der Fluidkammer 502 umgeben, und der Hohlraum 516 und die Kammer 502 stehen über die Wand 504, durch die sie getrennt werden, in Wärmeleitverbindung, weitgehend wie bei der Maschine 40 der ersten Ausführungsform. Im Hohlraum 516 und in Wärmeleitverbindung mit der Wand 504 befindet sich eine Wärmequelle 518 in Form eines Leistungselektronikmoduls 520, das der Leistungselektronik 120 der Maschine 40 ähnlich sein kann. Ein hinteres Wellenlager 69, das in einem Lagerbefestigungsabschnitt 522 gestützt wird, der von den Wänden 504 des axialen Endabschnitts 500 des Mantels definiert wird, ist eine andere Wärmequelle 518 der Maschine 440.
Die Wärme, die durch die Wände 504 des axialen Endabschnitts des Mantels von der (den) Wärmequelle(n) 518 übertragen werden kann, kann konvektiv entlang des Strömungswegs 480 in der Fluidleitung 506 auf das flüssige Kühlmittel übertragen werden. Somit kann Wärme vom Stator 444 und von der (den) zusätzlichen Wärmequelle(n) 518 (z. B. dem Leistungselektronikmodul 520 oder dem hinteren Lager 69) über die zylindrische Wand des Mantels 470 und den axialen Endabschnitt 500 des Mantels konvektiv auf flüssiges Kühlmittel übertragen werden.
Aus den Zeichnungen und der obigen Beschreibung ist somit ersichtlich, dass der Strömungsweg 480 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 440 am ersten Kühlmittelanschlussstück 454 beginnt, sich durch den Fluidkanal 478 fortsetzt, durch die ringförmige Fluidleitung 506 verläuft und am zweiten Kühlmittelanschlussstück 456 endet. Genauer tritt flüssiges Kühlmittel, das durch den Kühlmitteleinlass 454 und den Durchlass 512 in der Maschine 440 aufgenommen wird, über den Eingang 486 in den Fluidverteilungskanal 478 ein und wird an der Stelle 492 nahe dem Eingang 486 verzweigt. Ein Hauptteil des verzweigten Stroms folgt einem primären Abschnitt des Fluidkanals 478 entlang der spiralförmigen Nut 482, die sich gleichzeitig in Umfangsrichtung um die Achse 64 erstreckt und axial in einer Richtung entlang der Achse 64 verläuft, und ein kleinerer Teil des verzweigten Stroms folgt einem sekundären Abschnitt des Fluidkanals 478 entlang einer Hilfskühlmittelnut 490, die durch die Zone 496 verläuft und sich zwischen Stellen 492 und 493 erstreckt, die entlang der spiralförmigen Nut 482 voneinander beabstandet sind. Die verzweigten Ströme werden an der Stelle 492 vereinigt, und der vereinigte Kühlmittelstrom strömt weiter entlang der spiralförmigen Nut 482 bis zur Stelle 494, wo er erneut verzweigt wird. Ein Hauptteil des verzweigten Stroms folgt einem primären Abschnitt des Fluidkanals 478 entlang der spiralförmigen Nut 482, die sich gleichzeitig in Umfangsrichtung um die Achse 64 erstreckt und axial in einer Richtung entlang der Achse 64 verläuft, und ein kleinerer Teil des verzweigten Stroms folgt einem sekundären Abschnitt des Fluidkanals 478 entlang einer Hilfskühlmittelnut 491, die durch die Zone 497 verläuft und sich zwischen Stellen 494 und 495 erstreckt, die entlang der spiralförmigen Nut 482 voneinander beabstandet sind. Die verzweigten Ströme werden an der Stelle 495 nahe dem Ausgang 488 vereinigt, und der vereinigte Kühlmittelstrom strömt weiter durch den Ausgang 488 zur ersten Öffnung 508 der Fluidleitung 506. Der Strömungsweg 480 setzt sich ringförmig um den Hohlraum 516 herum zur zweiten Öffnung 510 der Fluidleitung fort und verlässt dann die Maschine 440 durch den Kühlmittelauslass 456. In 35 und 36 wird der Strömungsweg 480 für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine 440 von Richtungspfeilen angegeben.
Es folgt eine Liste bevorzugter Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung:

1. Eine flüssigkeitsgekühlte rotierende elektrische Maschine, die aufweist: einen Stator mit einer Mittelachse; einen Rotor, der von dem Stator umgeben ist und der sich relativ zu dem Stator um die Mittelachse drehen kann; einen Mantel mit einem Innenraum, in dem der Stator und der Rotor angeordnet sind, wobei der Mantel den Stator umgibt und mit diesem in Wärmeleitverbindung steht; wobei der Mantel eine radial äußere Wärmeübertragungsfläche in Bezug auf die Mittelachse definiert; und einen Fluidkanal mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei sich der Fluidkanal zwischen dem Fluidkanaleingang und -ausgang erstreckt und an der Wärmeübertragungsfläche des Mantels entlang verläuft, wobei der Fluidkanal einen Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine definiert, der im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse angeordnet ist und in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, zwischen dem Fluidkanaleingang und -ausgang verläuft; wobei der Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine in einander entgegengesetzten Richtungen parallel zur Mittelachse und entlang der Wärmeübertragungsfläche verläuft.
2. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 1, die ferner eine Hülse aufweist, die um den Mantel herum angeordnet ist und in Bezug zur Mittelachse eine radial innere Kühlmitteleindämmungsfläche definiert, und wobei der Fluidkanal zwischen der Wärmeübertragungsfläche des Mantels und der Kühlmitteleindämmungsfläche der Hülse angeordnet ist.
3. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 1 oder 2, wobei sich der Strömungsweg im Wesentlichen kontinuierlich in Umfangsrichtung um die Mittelachse erstreckt.
4. Die Maschine einer der vorangehenden bevorzugten Ausführungsformen, wobei der Strömungsweg, der vom Fluidkanal definiert wird, unabhängig davon, dass er sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse erstreckt, in mindestens einer Richtung parallel zur Mittelachse verläuft.
5. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 4, wobei der Strömungsweg, der vom Fluidkanal definiert wird, unabhängig davon, dass er sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse erstreckt, in beiden Richtungen parallel zur Mittelachse verläuft.
6. Die Maschine irgendeiner der vorangehenden bevorzugten Ausführungsformen, wobei der Fluidkanal aufweist: eine Mehrzahl von im Wesentlichen ringförmig verlaufenden ersten Fluidkanalabschnitten, die jeweils einander entgegengesetzte Enden aufweisen, wobei sich jeder erste Fluidkanalabschnitt im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse entlang jedes ersten Fluidkanalabschnitts zwischen dessen einander entgegengesetzten Enden erstreckt, die Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten axial entlang der Mittelachse verteilt ist; und eine Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten, die jeweils Enden eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten in Fluidverbindung bringen, wobei der Strömungsweg in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, entlang jedes einzelnen der zweiten Fluidkanalabschnitte verläuft.
7. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 6, wobei jeder von der Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten axial benachbarte Enden eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten in Fluidverbindung bringt.
8. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 6 oder 7, wobei der Strömungsweg axial in einer gemeinsamen Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, entlang jedes einzelnen von der Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten verläuft.
9. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 6 bis 8, wobei die Enden eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten, die von einem zweiten Fluidkanalabschnitt in Fluidverbindung gebracht werden, im Wesentlichen radial um die Mittelachse ausgerichtet sind.
10. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 6 bis 9, wobei sich jeder erste Fluidkanalabschnitt zwischen seinen einander entgegengesetzten Einlass- und Auslassenden erstreckt und jeder zweite Fluidkanalabschnitt Einlass- und Auslassenden eines Paares von ersten Fluidkanalabschnitten in Fluidverbindung bringt, wobei die Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten über die Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten seriell miteinander in Fluidverbindung gebracht wird.
11. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 10, wobei die Einlass- und Auslassenden eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten, die von einem zweiten Fluidkanalabschnitt in Fluidverbindung gebracht werden, einander axial benachbart sind.
12. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 11, wobei die Einlass- und Auslassenden der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten im Wesentlichen radial um die Mittelachse ausgerichtet sind und sich einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, zwischen axial benachbarten ersten Fluidkanalabschnitten abwechseln.
13. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 6 bis 12, wobei der Fluidkanal einen dritten Fluidkanalabschnitt aufweist, der einander entgegengesetzte Enden aufweist und sich in einer Richtung erstreckt, die generell parallel ist zur Mittelachse, wobei der dritte Fluidkanalabschnitt zwischen den einander entgegengesetzten Enden jedes ersten Fluidkanalabschnitts angeordnet ist, und ein Ende von einem von der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten mit einem Ende des dritten Fluidkanalabschnitts in Fluidverbindung steht, wobei das andere Ende des dritten Fluidkanalabschnitts mit dem Fluidkanaleingang oder dem Fluidkanalausgang in Fluidverbindung steht.
14. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 13, wobei ein Ende eines anderen von der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten mit dem anderen vom Fluidkanaleingang und Fluidkanalausgang in Fluidverbindung steht.
15. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 13 oder 14, wobei der Fluidkanaleingang und -ausgang über eine Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Fluidkanalabschnitten, die erste, zweite und dritte Fluidkanalabschnitte beinhalten, miteinander in Fluidverbindung stehen, wobei die Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Fluidkanalabschnitten seriell in Fluidverbindung miteinander stehen.
16. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 6 bis 15, wobei der Fluidkanal einen dritten Fluidkanalabschnitt aufweist, der mit einem Ende von einem von der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten in Fluidverbindung steht, wobei der Strömungsweg entlang des dritten Fluidkanalabschnitts in einer Richtung verläuft, die parallel ist zur Mittelachse und entgegengesetzt ist zu der entlang eines zweiten Fluidkanalabschnitts.
17. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 16, wobei der Strömungsweg axial in einer gemeinsamen Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, entlang sämtlicher zweiter Fluidkanalabschnitte verläuft.
18. Die Maschine einer der vorangehenden bevorzugten Ausführungsformen, wobei der Fluidkanaleingang und -ausgang beide vom Rotor aus in der gleichen Richtung entlang der Mittelachse angeordnet sind.
19. Ein Verfahren zum Kühlen einer rotierenden elektrischen Maschine mittels Flüssigkeit, das den folgenden Schritt beinhaltet: Entlangführen eines Stroms von flüssigem Kühlmittel an einer im Wesentlichen zylindrischen Wärmeübertragungsfläche, die um eine Achse herum angeordnet ist, entlang eines Strömungswegs, der von einem Fluidkanal definiert wird, wobei sich der Strömungsweg im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt und in einander entgegengesetzten Richtungen parallel zu der Achse zwischen einem Fluidkanaleingang und einem Fluidkanalausgang verläuft.
20. Das Verfahren der bevorzugten Ausführungsform 19, wobei die Erstreckung des Strömungswegs im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse unabhängig ist vom Verlauf des Strömungswegs in mindestens einer Richtung, die parallel ist zur Achse.
21. Eine flüssigkeitsgekühlte rotierende elektrische Maschine, die aufweist: einen Stator mit einer Mittelachse; einen Rotor, der von dem Stator umgeben ist und sich relativ zu dem Stator um die Mittelachse drehen kann; einen im Wesentlichen zylindrischen Mantel mit einander entgegengesetzten axialen Enden und einem Innenraum, in dem der Stator und der Rotor angeordnet sind, wobei der Mantel den Stator umgibt und mit diesem in Wärmeleitverbindung steht, wobei der Mantel eine radial äußere Wärmeübertragungsfläche in Bezug auf die Mittelachse definiert; und einen Fluidkanal, der an der Wärmeübertragungsfläche entlang verläuft, wobei der Fluidkanal einen Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine definiert und erste und zweite Fluidkanalabschnitte aufweist, wobei sich der erste Fluidkanalabschnitt um die Mittelachse herum erstreckt und in einer Richtung parallel zur Mittelachse verläuft, wobei der erste Fluidkanalabschnitt einander entgegengesetzte Enden aufweist, die einen Fluidkanaleingang und einen Fluidkanalausgang definieren, zwischen denen sich der Fluidkanal erstreckt; wobei die ersten und zweiten Fluidkanalabschnitte an voneinander beabstandeten Stellen entlang des ersten Fluidkanalabschnitts miteinander verbunden sind, wobei eine von den voneinander beabstandeten Verbindungsstellen nahe am Fluidkanaleingang oder -ausgang liegt und die Wärmeübertragungsfläche eine Zone aufweist, die nicht vom ersten Fluidkanalabschnitt durchquert wird, wobei die Zone zwischen einem axialen Ende des Mantels und dem ersten Fluidkanalabschnitt liegt, wobei sich der zweite Fluidkanalabschnitt zwischen seinen Zwischenverbindungen mit dem ersten Fluidkanalabschnitt in die Zone erstreckt, wodurch die Zone vom zweiten Fluidkanalabschnitt durchquert wird und Wärme konvektiv aus der Zone auf ein flüssiges Kühlmittel entlang des Strömungswegs übertragen werden kann.
22. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 21, wobei der Fluidkanaleingang und -ausgang in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, voneinander beabstandet sind.
23. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 21 oder 22, wobei sich der erste Fluidkanalabschnitt im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse zwischen dem Fluidkanaleingang und -ausgang erstreckt und die Erstreckung des ersten Fluidkanalabschnitts um die Mittelachse und sein Verlauf in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, voneinander unabhängig sind.
24. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 23, wobei der erste Fluidkanalabschnitt im Wesentlichen wendelförmig ist, wodurch sich der erst Fluidkanalabschnitt im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse erstreckt und gleichzeitig in einer Richtung verläuft, die parallel ist zur Mittelachse.
25. Die Maschine einer der vorangehenden Ausführungsformen 21 bis 24, wobei die ersten und zweiten Fluidkanalabschnitte jeweils primäre und sekundäre Fluidkanalabschnitte definieren, und der Fluidkanal dafür ausgelegt ist, relativ größere und kleinere Teile des flüssigen Kühlmittels über die primären und sekundären Fluidkanalabschnitte entlang des Strömungswegs zu transportieren.
26. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 25, wobei der Fluidkanal einen geteilten Strömungswegabschnitt zwischen den voneinander beabstandeten Verbindungsstellen entlang des ersten Fluidkanalabschnitts definiert, und der Fluidkanal ein Paar aus zweiten Fluidkanalabschnitten aufweist, die jeweils an entsprechenden voneinander beabstandeten Stellen entlang des ersten Fluidkanalabschnitts mit dem ersten Fluidkanalabschnitt in Fluidverbindung stehen, wobei sich der erste Fluidkanalabschnitt zwischen dem Paar aus zweiten Fluidkanalabschnitten erstreckt, wodurch der Fluidkanal einen Strömungsweg definiert mit einander abwechselnden geteilten und ungeteilten Abschnitten zwischen dem Fluidkanaleingang und -ausgang.
27. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 26, wobei ein zweiter Fluidkanalabschnitt jeweils durch zwei Zonen der Wärmeübertragungsfläche verläuft, durch die der erste Fluidkanalabschnitt nicht verläuft, wobei jede Zone zwischen einem axialen Ende des Mantels und dem ersten Fluidkanalabschnitt liegt, wobei sich jeder zweite Fluidkanalabschnitt zwischen seinen Zwischenverbindungen mit dem ersten Fluidkanalabschnitt in die jeweilige Zone erstreckt, wodurch durch jede Zone ein zweiter Fluidkanalabschnitt verläuft, und Wärme konvektiv aus der Zone auf ein flüssiges Kühlmittel entlang des Strömungswegs übertragen werden kann.
28. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 27, wobei der Fluidkanal dafür ausgelegt ist, voneinander getrennte Abschnitte des Stroms des flüssigen Kühlmittels entlang der ersten und zweiten Fluidkanalabschnitte zu einem vereinigten Strom des flüssigen Kühlmittels entlang des Strömungswegs zwischen dem Fluidkanaleingang und -ausgang zusammenzuführen.
29. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 28, wobei der Strömungsweg, der vom Fluidkanal definiert wird, zwischen dem Fluidkanaleingang und -ausgang wiederholt geteilt und wieder vereinigt wird, und ein geteilter Abschnitt des Strömungswegs entlang jedes zweiten Fluidkanalabschnitts, der durch eine Zone der Wärmeübertragungsfläche verläuft, durch die der erste Fluidkanalabschnitt nicht verläuft, und die zwischen einem axialen Ende des Mantels und dem ersten Fluidkanalabschnitt liegt, wodurch Wärme konvektiv aus der Mehrzahl von Zonen entlang des Strömungswegs, der vom Fluidkanal definiert wird, auf flüssiges Kühlmittel übertragen werden kann.
30. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 29, wobei der Rotor in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, zwischen dem Fluidkanaleingang und -ausgang angeordnet ist.
31. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 30, wobei die voneinander beabstandeten Verbindungsstellen entlang des ersten Fluidkanalabschnitts in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, voneinander beabstandet sind.
32. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 31, wobei die voneinander beabstandeten Verbindungsstellen entlang des ersten Fluidkanalabschnitts in Bezug auf die Mittelachse ungefähr radial ausgerichtet sind.
33. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 32, wobei die voneinander beabstandeten Verbindungsstellen entlang des ersten Fluidkanalabschnitts in Bezug auf die Mittelachse ungefähr radial ausgerichtet sind.
34. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 33, wobei eine von den voneinander beabstandeten Verbindungsstellen entlang des ersten Fluidkanalabschnitts und ein Fluidkanaleingang und -ausgang in Bezug auf die Mittelachse ungefähr radial ausgerichtet sind.
35. Die Maschine nach einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 34, wobei die ersten und zweiten Fluidkanalabschnitte in einem spitzen Winkel an mindestens einer von den voneinander beabstandeten Verbindungsstellen entlang des ersten Fluidkanalabschnitts miteinander verbunden sind, wodurch die ersten und zweiten Fluidkanalabschnitte entlang des Strömungswegs an der jeweiligen Verbindungsstelle jeweils voneinander weg oder aufeinander zu laufen.
36. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 21 bis 35, wobei der zweite Fluidkanalabschnitt einen Scheitel bildet, an dem die Richtung des Strömungswegabschnitts entlang des zweiten Fluidkanalabschnitts ihre generelle Richtung in Bezug auf die Richtung des Strömungswegabschnitts entlang des ersten Fluidkanalabschnitts ändert.
37. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 36, wobei zwischen dem Scheitel und der Verbindungsstelle nahe am Fluidkanaleingang oder -ausgang die Richtung des Strömungswegs entlang des zweiten Fluidkanalabschnitts generell entgegengesetzt ist zur Richtung des Strömungswegs entlang des ersten Fluidkanalabschnitts zwischen den ersten und zweiten voneinander beabstandeten Verbindungsstellen.
38. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 37, wobei die generell einander entgegengesetzten Richtungen des Strömungswegs um die Mittelachse verlaufen.
39. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 36 bis 38, wobei der Scheitel ungefähr mittig entlang der Länge des zweiten Fluidkanalabschnitts zwischen den voneinander beabstandeten Verbindungsstellen angeordnet ist.
40. Verfahren zum Kühlen einer rotierenden elektrischen Maschine mittels Flüssigkeit, die folgenden Schritte umfassend: Führen eines Stroms aus flüssigem Kühlmittel entlang eines Strömungswegs, der von einem Fluidkanal zwischen einem Fluidkanaleingang und -ausgang definiert wird, an einer generell zylindrischen Wärmeübertragungsfläche, die um eine Achse herum angeordnet ist, entlang eines ersten Fluidkanalabschnitts, der sich um die Achse herum erstreckt und in einer Richtung parallel zur Achse verläuft; Führen durch eine Zone der Wärmeübertragungsfläche, durch die kein erster Fluidkanalabschnitt verläuft und die sich zwischen einem axialen Ende der Wärmeübertragungsfläche und dem ersten Fluidkanalabschnitt befindet, entlang eines zweiten Fluidkanalabschnitts, der sich zwischen einer Stelle entlang des ersten Fluidkanalabschnitts nahe dem Fluidkanalausgang oder -eingang und einer anderen Stelle entlang des ersten Fluidkanalabschnitts erstreckt; und konvektives Übertragen von Wärme aus der Zone auf flüssiges Kühlmittel entlang des Strömungswegs.
41. Eine flüssigkeitsgekühlte rotierende elektrische Maschine, die aufweist: einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass; einen Stator mit einer Mittelachse; einen Rotor, der von dem Stator umgeben ist und der sich relativ zu dem Stator um die Mittelachse drehen kann; einen Mantel, der eine Wärmeübertragungsfläche definiert, die mit dem Stator in Wärmeleitverbindung steht, wobei der Mantel einander entgegengesetzte axiale Enden, eines Innenraum, in dem der Stator und der Rotor angeordnet sind, und einen axialen Endabschnitt mit Wänden aufweist, wobei der Innenraum vom axialen Endabschnitt des Mantels teilweise abgeschlossen wird; einen Fluidkanal, der zwischen den axialen Enden des Mantels an der Wärmeübertragungsfläche des Mantels entlang verläuft; eine Fluidleitung, die von den Endabschnittswänden des Mantels definiert wird und mit dem Fluidkanal in Fluidverbindung steht, einen Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine, der vom Fluidkanal und von der Fluidleitung definiert wird, zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass; und eine Wärmequelle, die mit einer Wand des axialen Endabschnitts des Mantels in Wärmeleitverbindung steht, wodurch zumindest ein Teil der Wärme, die zwischen der Wärmequelle und der Fluidleitung übertragen werden kann, konvektiv zwischen den Wänden des axialen Endabschnitts des Mantels und dem flüssigen Kühlmittel entlang des Strömungswegs übertragen werden kann.
42. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 41, wobei die Fluidleitung erste und zweite Öffnungen aufweist, zwischen denen sich der Strömungsweg des flüssigen Kühlmittels durch die Maschine erstreckt, wobei der Fluidkanal und die Fluidleitung über die erste oder die zweite Öffnung in Fluidverbindung miteinander stehen.
43. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 42, wobei die andere von den ersten und zweiten Öffnungen mit dem Kühlmitteleinlass oder dem Kühlmittelauslass in Fluidverbindung steht.
44. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 43, wobei die axialen Endabschnittswände des Mantels einen Durchlass definieren, der gegen die Fluidleitung isoliert ist und mit dem der Fluidkanal in Fluidverbindung steht, und der andere vom Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass mit dem Durchlass in Fluidverbindung steht.
45. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 42 bis 44, wobei die ersten und zweiten Öffnungen an einander entgegengesetzten Enden der Fluidleitung entlang des Strömungswegs angeordnet sind.
46. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 42 bis 45, wobei der Strömungsweg zwischen den ersten und zweiten Öffnungen generell spiralförmig ist.
47. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 42 bis 45, wobei der Strömungsweg zwischen den ersten und zweiten Öffnungen im Wesentlichen ringförmig ist.
48. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 47, wobei die Wärmequelle in Bezug auf die Mittelachse axial benachbart an eine axiale Endabschnittswand des Mantels angeordnet ist.
49. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 48, wobei die Wärmequelle in Bezug auf die Mittelachse radial angrenzend an eine axiale Endabschnittswand des Mantels angeordnet ist.
50. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 46, wobei der axiale Endabschnitt des Mantels den Innenraum an einem axialen Ende des Mantels vollständig abschließt.
51. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 46, wobei die Fluidleitung und die Wärmequelle einander axial nicht überlappen.
52. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 51, wobei die Maschine Leistungselektronik aufweist und die Wärmequelle die Leistungselektronik beinhaltet.
53. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 52, wobei die Maschine eine Abdeckung aufweist, die über dem axialen Endabschnitt des Mantels angeordnet ist und die Fluidleitung definiert, wobei die Leistungselektronik zwischen der Abdeckung und einer Wand des axialen Endabschnitts des Mantels angeordnet ist.
54. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 51, wobei die Maschine ein Lager aufweist, das vom axialen Endabschnitt des Mantels gestützt wird, wobei der Rotor von dem Lager innerhalb des Innenvolumens des Mantels gestützt wird und die Wärmequelle das Lager beinhaltet.
55. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 54, wobei die Wärmequelle axial zwischen dem Rotor und der Fluidleitung angeordnet ist.
56. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 55, wobei ein Abschnitt der Fluidleitung in Bezug zur Mittelachse radial außerhalb der Wärmequelle verläuft.
57. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 56, ferner eine abnehmbare Abdeckung aufweisend, die die Fluidleitung definiert, und wobei die Fluidleitung in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse, zwischen dem Rotor und der Abdeckung angeordnet ist.
58. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 57, wobei die Wärmequelle axial zwischen der Abdeckung und einer Wand des axialen Endabschnitts des Mantels angeordnet ist.
59. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 57, wobei die Wärmequelle axial zwischen dem Rotor und dem axialen Endabschnitt des Mantels angeordnet ist.
60. Ein Verfahren zum Kühlen einer rotierenden elektrischen Maschine mittels Flüssigkeit, die folgenden Schritte umfassend: Transportieren von flüssigem Kühlmittel entlang eines Fluidkanals, der entlang einer Wärmeübertragungsfläche eines Mantels verläuft, der mit einem Stator, der einen Rotor umgibt, in Wärmeleitverbindung steht, und entlang einer Fluidleitung, die mit dem Fluidkanal seriell in Fluidverbindung steht und von einem axialen Endabschnitt des Mantels definiert wird, der einen Innenraum, in dem der Stator und der Rotor angeordnet sind, teilweise umschließt; und konvektives Übertragen von Wärme vom Stator durch die Wärmeübertragungsfläche und von einer Wärmequelle, die in Wärmeleitverbindung mit einer Wand des axialen Endabschnitts des Mantels steht, auf flüssiges Kühlmittel entlang eines Strömungswegs, der vom Fluidkanal und von der Fluidleitung definiert wird, der sich zwischen einem Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass der Maschine erstreckt.
61. Eine flüssigkeitsgekühlte rotierende elektrische Maschine, die aufweist: einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass; einen Stator mit einer Mittelachse; einen Rotor, der von dem Stator umgeben ist und sich relativ zu dem Stator um die Mittelachse drehen kann; einen Mantel, der eine Wärmeübertragungsfläche definiert, die mit dem Stator in Wärmeleitverbindung steht, wobei der Mantel einander entgegengesetzte axiale Enden, einen Innenraum, in dem der Stator und der Rotor angeordnet sind, und einen axialen Endabschnitt mit Wänden aufweist, wobei der Innenraum vom axialen Endabschnitt des Mantels teilweise umschlossen ist; einen Fluidkanal, der zwischen den axialen Enden des Mantels an der Wärmeübertragungsfläche des Mantels entlang verläuft; einen Fluidkanal, der von den Wänden des Endabschnitts des Mantels definiert wird und mit dem Fluidkanal in Fluidverbindung steht, wobei ein Strömungsweg für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine vom Fluidkanal und von der Fluidleitung zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass definiert wird; und eine Wärmequelle, die mit einer Wand des axialen Endabschnitts des Mantels in Wärmeleitverbindung steht und in einer gedachten Ebene, die senkrecht ist zur Mittelachse, im Wesentlichen von der Fluidleitung umgeben ist, wodurch zumindest ein Teil der Wärme, die zwischen der Wärmequelle und der Fluidleitung übertragen werden kann, konvektiv zwischen den Wänden des axialen Endabschnitts des Mantels und dem flüssigen Kühlmittel entlang des Strömungswegs übertragen werden kann.
62. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 41 oder 61, wobei die Fluidleitung erste und zweite Öffnungen aufweist, zwischen denen sich der Strömungsweg erstreckt, wobei der Fluidkanal und die Fluidleitung über die erste oder die zweite Öffnung in Fluidverbindung miteinander stehen.
63. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 42 oder 62, wobei die andere von den ersten und zweiten Öffnungen mit dem Kühlmitteleinlass oder dem Kühlmittelauslass in Fluidverbindung steht.
64. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 43 oder 63, wobei die Wände des axialen Endabschnitts des Mantels einen Durchlass definieren, der gegen die Fluidleitung isoliert ist und mit dem der Fluidkanal in Fluidverbindung steht, und der andere vom Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass mit dem Durchlass in Fluidverbindung steht.
65. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 42 bis 44 oder 62 bis 64, wobei die ersten und zweiten Öffnungen an einander entgegengesetzten Enden der Fluidleitung entlang des Strömungswegs angeordnet sind.
66. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 42 bis 45 oder 62 bis 65, wobei der Strömungsweg zwischen den ersten und zweiten Öffnungen generell S-förmig ist.
67. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 42 bis 45 oder 62 bis 65, wobei der Strömungsweg zwischen den ersten und zweiten Öffnungen generell ringförmig ist.
68. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 47 oder 67, wobei der im Wesentlichen ringförmige Strömungsweg die Wärmequelle im Wesentlichen umgibt.
69. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 61, wobei die Maschine erste und zweite Wärmequellen aufweist und ein generell S-förmiger Strömungsweg jede von den ersten und zweiten Wärmequellen in der gedachten Ebene im Wesentlichen umgibt.
70. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 69, wobei die beiden Wärmequellen durch die Fluidleitung voneinander getrennt sind.
71. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 69, wobei die erste und/oder die zweite Wärmequelle Leistungselektronik beinhaltet.
72. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 62 oder 71, ferner eine Abdeckung aufweisend, die abnehmbar am axialen Endabschnitt des Mantels befestigt ist und die Fluidleitung definiert, und wobei die Leistungselektronik an der abnehmbaren Abdeckung montiert ist.
73. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 54 oder 61 bis 71, ferner eine Abdeckung aufweisend, die abnehmbar am axialen Endabschnitt des Mantels befestigt ist und die Fluidleitung definiert, und wobei die Wärmequelle Leistungselektronik beinhaltet, die an der abnehmbaren Abdeckung montiert ist.
74. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 61, wobei die Wärmequelle Leistungselektronik beinhaltet und der axiale Endabschnitt des Mantels einen Hohlraum definiert, der die Leistungselektronik enthält und mit der Fluidleitung in Wärmeleitverbindung steht.
75. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 74, ferner ein Paar Wärmequellen aufweisend, die jeweils Leistungselektronik beinhalten, und wobei der axiale Endabschnitt des Mantels ein paar Hohlräume definiert, die mit der Fluidleitung in Wärmeleitverbindung stehen und durch diese getrennt werden, wobei die beiden Wärmequellen in den beiden Hohlräumen angeordnet sind, wobei jeder Hohlraum von der Fluidleitung in der gedachten Ebene im Wesentlichen umgeben ist.
76. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 74 oder 75, wobei Wände des axialen Endabschnitts des Mantels den Hohlraum definieren und die Fluidleitung den Hohlraum im Wesentlichen umgibt, wodurch Wärme, die von der Leistungselektronik durch eine Wand des axialen Endabschnitts des Mantels auf die Fluidleitung übertragen werden kann, entlang des Strömungswegs, der von der Fluidleitung definiert wird, auf das flüssige Kühlmittel übertragen werden kann.
77. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 74 bis 76, wobei die Fluidleitung im Wesentlichen ringförmig ist und sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse und den Hohlraum erstreckt.
78. Die Maschine einer der bevorzugten Ausführungsformen 41 bis 45 oder 61 bis 71, ferner eine abnehmbare Abdeckung aufweisend, die die Fluidleitung definiert, wobei die Fluidleitung in einer Richtung entlang der Mittelachse zwischen dem Rotor und der Abdeckung angeordnet ist.
79. Die Maschine der bevorzugten Ausführungsform 78, wobei ein Hohlraum von den Wänden des axialen Endabschnitts des Mantels definiert wird und die Wärmequelle enthält und die Wärmequelle in einer Richtung entlang der Mittelachse zwischen dem Rotor und der Abdeckung angeordnet ist.
80. Ein Verfahren zum Kühlen einer rotierenden elektrischen Maschine mittels Flüssigkeit, die folgenden Schritte umfassend: Transportieren von flüssigem Kühlmittel entlang eines Fluidkanals, der entlang einer Wärmeübertragungsfläche eines Mantels verläuft, der mit einem Stator, der einen Rotor umgibt, in Wärmeleitverbindung steht, und entlang einer Fluidleitung, die seriell mit dem Fluidkanal in Fluidverbindung steht und von einem axialen Endabschnitt des Mantels definiert wird, der ein Innenvolumen, in dem der Stator und der Rotor angeordnet sind, teilweise abschließt; und konvektives Übertragen von Wärme vom Stator durch die Wärmeübertragungsfläche und von einer Wärmequelle, die in Wärmeleitverbindung mit einer Wand des axialen Endabschnitts des Mantels steht, auf flüssiges Kühlmittel entlang eines Strömungswegs, der die Wärmequelle in einer gedachten Ebene senkrecht zur Mittelachse im Wesentlichen umgibt und der sich zwischen einem Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass der Maschine erstreckt.

Vorstehend wurden beispielhafte Ausführungsformen offenbart, jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr soll die Anmeldung jegliche Varianten, Verwendungen oder Adaptionen der vorliegenden Offenbarung einschließen, die ihre grundlegenden Prinzipien nutzen. Ferner soll die Anmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung einschließen, die der bekannten oder üblichen Praxis des technischen Gebiets, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, entsprechen und die in den Grenzen der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

Flüssigkeitsgekühlte rotierende elektrische Maschine (40, 140, 240, 340), aufweisend: einen Stator (44) mit einer Mittelachse (64); einen Rotor (42), der von dem Stator (44) umgeben ist und der sich relativ zu dem Stator (44) um die Mittelachse (64) drehen kann; einen Mantel (70, 170, 270) mit einem Innenraum, in dem der Stator (44) und der Rotor (42) angeordnet sind, wobei der Mantel (70, 170, 270) den Stator (44) umgibt und mit diesem in Wärmeleitverbindung steht; wobei der Mantel (70, 170, 270) eine radial äußere Wärmeübertragungsfläche (74) in Bezug auf die Mittelachse (64) definiert; und einen Fluidkanal (78) mit einem Eingang (86) und einem Ausgang (88), wobei sich der Fluidkanal (78) zwischen dem Fluidkanaleingang (86) und -ausgang (88) erstreckt und an der Wärmeübertragungsfläche (74) des Mantels entlang verläuft, wobei der Fluidkanal (78) einen Strömungsweg (80, 180, 280) für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine (40, 140, 240, 340) definiert, der im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse (64) angeordnet ist und in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse (64), zwischen dem Fluidkanaleingang (86) und -ausgang (88) verläuft; wobei der Strömungsweg (80, 180, 280) für flüssiges Kühlmittel durch die Maschine (40, 140, 240, 340) in einander entgegengesetzten Richtungen parallel zur Mittelachse (64) verläuft, während er an der Wärmeübertragungsfläche (74) entlang läuft.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 1, ferner eine Hülse (72) aufweisend, die um den Mantel (70, 170, 270) herum angeordnet ist und eine radial innere Kühlmitteleindämmungsfläche (76) relativ zur Mittelachse (64) definiert, und wobei der Fluidkanal (78) zwischen der Wärmeübertragungsfläche (74) des Mantels und der Kühlmitteleindämmungsfläche (76) der Hülse angeordnet ist.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strömungsweg (80, 180, 280) kontinuierlich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse (64) verläuft.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Strömungsweg (80, 180, 280), der vom Fluidkanal (78) definiert wird, unabhängig davon, dass er sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse (64) erstreckt, in mindestens einer Richtung parallel zur Mittelachse (64) verläuft.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 4, wobei der Strömungsweg (80, 180, 280), der vom Fluidkanal (78) definiert wird, unabhängig davon, dass er sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse (64) erstreckt, in beiden Richtungen parallel zur Mittelachse (64) verläuft.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fluidkanal (78) aufweist: eine Mehrzahl von im Wesentlichen ringförmig verlaufenden ersten Fluidkanalabschnitten (90), die jeweils einander entgegengesetzte Enden (94) aufweisen, wobei sich jeder erste Fluidkanalabschnitt (90) im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse (64) entlang jedes ersten Fluidkanalabschnitts (90) zwischen dessen einander entgegengesetzten Enden (94) erstreckt, wobei die Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten (90) axial entlang der Mittelachse (64) verteilt ist; und eine Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten (92), die jeweils Enden (94) eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten (90) in Fluidverbindung bringen, wobei der Strömungsweg (80, 180, 280) in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse (64), entlang jedes einzelnen der zweiten Fluidkanalabschnitte (92) verläuft.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 6, wobei jeder von der Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten (92) axial benachbarte Enden (94) eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten (90) in Fluidverbindung bringt.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Strömungsweg (80, 180, 280) axial in einer gemeinsamen Richtung, die parallel ist zur Mittelachse (64), entlang jedes einzelnen von der Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten (92) verläuft.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Enden (94) eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten (90), die von einem zweiten Fluidkanalabschnitt (92) in Fluidverbindung gebracht werden, im Wesentlichen radial um die Mittelachse (64) herum ausgerichtet sind.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei sich jeder erste Fluidkanalabschnitt (90) zwischen seinen einander entgegengesetzten Einlass- und Auslassenden (94) erstreckt und jeder zweite Fluidkanalabschnitt (92) Einlass- und Auslassenden (94) eines Paares von ersten Fluidkanalabschnitten (90) in Fluidverbindung bringt, wobei die Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten (90) über die Mehrzahl von zweiten Fluidkanalabschnitten (92) seriell miteinander in Fluidverbindung gebracht wird.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 10, wobei die Einlass- und Auslassenden (94) eines Paares aus ersten Fluidkanalabschnitten (90), die von einem zweiten Fluidkanalabschnitt (92) in Fluidverbindung gebracht werden, einander axial benachbart sind.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 11, wobei die Einlass- und Auslassenden (94) der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten (90) im Wesentlichen radial um die Mittelachse (64) ausgerichtet sind und sich in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse (64), zwischen axial benachbarten ersten Fluidkanalabschnitten (90) abwechseln.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei der Fluidkanal (78) einen dritten Fluidkanalabschnitt (96) aufweist, der einander entgegengesetzte Enden aufweist und sich in einer Richtung erstreckt, die generell parallel ist zur Mittelachse (64), wobei der dritte Fluidkanalabschnitt (96) zwischen den einander entgegengesetzten Enden (94) jedes ersten Fluidkanalabschnitts (90) angeordnet ist und ein Ende (94) von einem von der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten (90) mit einem Ende des dritten Fluidkanalabschnitts (96) in Fluidverbindung steht, wobei das andere Ende des dritten Fluidkanalabschnitts (96) mit dem Fluidkanaleingang (86) oder dem Fluidkanalausgang (88) in Fluidverbindung steht.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 13, wobei ein Ende (94) eines anderen von der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten (90) mit dem anderen vom Fluidkanaleingang (86) und Fluidkanalausgang (88) in Fluidverbindung steht.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Fluidkanaleingang (86) und -ausgang (88) über eine Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Fluidkanalabschnitten, die erste, zweite und dritte Fluidkanalabschnitte (90, 92, 96) beinhalten, miteinander in Fluidverbindung stehen, wobei die Mehrzahl von Zwischenverbindungs-Fluidkanalabschnitten (90, 92, 96) seriell in Fluidverbindung miteinander stehen.
Maschine (40, 140, 240, 340) nach einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei der Fluidkanal (78) einen dritten Fluidkanalabschnitt (96) aufweist, der mit einem Ende (94) von einem von der Mehrzahl von ersten Fluidkanalabschnitten (90) in Fluidverbindung steht, wobei der Strömungsweg (80, 180, 280) entlang des dritten Fluidkanalabschnitts (96) in einer Richtung verläuft, die parallel ist zur Mittelachse (64) und entgegengesetzt ist zu der entlang eines zweiten Fluidkanalabschnitts (92).
Maschine (40, 140, 240, 340) nach Anspruch 16, wobei der Verlauf des Strömungswegs (80, 180, 280) entlang sämtlicher Fluidkanalabschnitte (92) eine gemeinsame Richtung nimmt, die parallel ist zur Mittelachse (64).
Maschine (40, 140, 240, 340) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fluidkanaleingang (86) und -ausgang (88) vom Rotor (42) aus beide in der gleichen Richtung entlang der Mittelachse (64) angeordnet sind.
Verfahren zur Kühlung einer rotierenden elektrischen Maschine (40, 140, 240, 340) mittels Flüssigkeit, die folgenden Schritte umfassend: Führen eines Stromes aus flüssigem Kühlmittel entlang einer generell zylindrischen Wärmeübertragungsfläche (74), die um eine Achse (64) herum angeordnet ist, entlang eines Strömungswegs (80, 180, 280), der von einem Fluidkanal (78) definiert wird, wobei sich der Strömungsweg (80, 180, 280) im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse (64) herum erstreckt und in einander entgegengesetzten Richtungen parallel zu der Achse (64) zwischen einem Fluidkanaleingang (86) und einem Fluidkanalausgang (88) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Verlauf des Strömungswegs (80, 180, 280) im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse (64) unabhängig ist vom Verlauf des Strömungswegs (80, 180, 280) in mindestens einer Richtung, die parallel ist zur Achse (64).