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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromotoranordnung. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer genannten Elektromotoranordnung.
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Moderne Fahrzeuge, insbesondere Hybrid-/Elektrofahrzeuge, werden von Elektromotoranordnungen angetrieben, die jeweils eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs und eine Leistungselektronik zum Bereitstellen von Phasenströmen für die elektrische Maschine umfassen. Je nach Ausführung stellen derartige Elektromotoranordnungen Leistungen von über 100 Kilowatt, bei manchen Fahrzeugmodellen sogar über 300 Kilowatt.
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Bedingt durch die physikalischen Eigenschaften der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik entstehen beim Betrieb der Elektromotoranordnung Verlustleistungen in der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik, die in Form von Abwärme zur Temperaturerhöhung in der Elektromotoranordnung führen.
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Eine hohe Eigentemperatur der Elektromotoranordnung kann zu einem Leistungsverlust der elektrischen Maschine und in extremen Fällen sogar zu einem Ausfall der Leistungselektronik führen.
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Um dies zu vermeiden, muss die Abwärme während des Betriebs der Elektromotoranordnung abgeführt werden, bevor diese Schäden in der Elektromotoranordnung anrichtet.
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Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, die Abwärme der Elektromotoranordnung effizient abzuführen.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Elektromotoranordnung, insbesondere eine Elektromotoranordnung zum Antrieb eines Fahrzeugs, speziell eines Elektrofahrzeugs, bereitgestellt. Demnach umfasst die Elektromotoranordnung eine elektrische Maschine als Antrieb. Ferner umfasst die Elektromotoranordnung einen ersten Kühlkanal zum Befördern eines Kühlmittels. Der erste Kühlkanal umfasst einen Längskanalabschnitt und einen spiralförmigen Kanalabschnitt zum Durchleiten des Kühlmittels. Dabei führt der Längskanalabschnitt an oder durch einen Rotor und/oder einen Stator der elektrischen Maschine und leitet im Betrieb der Elektromotoranordnung somit das Kühlmittel an oder durch den Rotor und/oder den Stator der elektrischen Maschine und kühlt diese. Der spiralförmige Kanalabschnitt ist stromabwärts an dem Längskanalabschnitt angeschlossen und nimmt das Kühlmittel von dem Längskanalabschnitt auf und führt dies von der Elektromotoranordnung ab.
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Dabei bedeutet „spiralförmiger Kanalabschnitt“, dass sich der Kanalabschnitt entlang einer spiralförmigen Linie erstreckt bzw. der Kanalabschnitt eine spiralförmige Kanalmittellinie aufweist.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Abwärme, die beim Betrieb der Elektromotoranordnung in der elektrischen Maschine entsteht, durch ein Kühlmittel abgeführt werden kann, das entlang eines Kühlkanalabschnitts strömt, der an oder durch den Stator und/oder Rotor der elektrischen Maschine führt, und dabei die Abwärme von der elektrischen Maschine aufnimmt.
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Durch Druckunterschiede in dem Kühlmittel zwischen den beiden Kanalenden des genannten Kühlkanalabschnitts kann es vorkommen, dass das Kühlmittel, das die Abwärme von der elektrischen Maschine aufgenommen hat, noch in dem genannten Kühlkanalabschnitt in Turbulenz gerät. Obwohl Turbulenzen im Kühlmittel in der Regel zur besseren Aufnahme der Abwärme erwünscht sind, führen Turbulenzen, die im Kühlmittel nach dem Passieren der elektrischen Maschine entstehen, zu einem Rückstau des Kühlmittels am Kanalende des genannten Kühlkanalabschnitts und folglich zur Verschlechterung der Kühlleistung.
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Um die störenden Turbulenzen im Kühlmittel zu vermeiden, sollte das Kühlmittel nach dem Passieren der elektrischen Maschine sofort abgeführt werden, wobei ein Zurückströmen des Kühlmittels zu der elektrischen Maschine möglichst verhindert werden sollte. Zudem sollte der Druck in dem Kühlmittel beim Ausströmen des Kühlmittels aus dem genannten Kanalabschnitt nicht zu stark ändern, so dass das Kühlmittel aus dem Kanalabschnitt homogen ausströmen kann.
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Im Rahmen dieser Erfindung wurde dabei erkannt, dass ein spiralförmig geformter Kühlkanalabschnitt die oben genannten Anforderungen erfüllt, wenn dieser an dem genannten Kühlkanalabschnitt stromabwärts, also in Strömungsrichtung des Kühlmittels betrachtet nach dem Kühlkanalabschnitt liegend, angeschlossen ist.
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Ein derartiger spiralförmig geformter Kühlkanalabschnitt weist eine sich über den gesamten Kanalabschnitt homogen erstreckende Umlenkung auf, die ein Zurückströmen des Kühlmittels in den genannten Kühlkanalabschnitt wirksam verhindert. Diese homogen erstreckende Umlenkung verhindert zudem, dass das Kühlmittel beim Durchströmen des spiralförmigen Kühlkanalabschnitts abrupt abgebremst wird und somit Turbulenzen bildet. Dadurch kann das Kühlmittel ohne eine störende Druckänderung und ohne eine Bildung von störenden Turbulenzen durch den spiralförmigen Kühlkanalabschnitt abgeführt werden.
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Dadurch kann die Abwärme der Elektromotoranordnung in einfacher Weise effizient abgeführt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der spiralförmige Kanalabschnitt unmittelbar an dem Längskanalabschnitt strömungstechnisch angeschlossen.
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Dabei bedeutet „unmittelbar strömungstechnisch Anschließen“, dass der Längskanalabschnitt ohne dazwischen liegende Umlenkungen oder sonstige Kanalabschnitte, die starke Turbulenzen oder Druckänderung in dem Kühlmittel führen können, direkt in den spiralförmigen Kanalabschnitt übergeht.
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Derartige Ausgestaltung verhindert, dass sich zwischen den beiden Kanalabschnitten, sprich dem Längskanalabschnitt und dem spiralförmigen Kanalabschnitt, störende Turbulenzen und Druckänderung bilden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Elektromotoranordnung ferner ein spiralförmiges Gehäuseteil, das den spiralförmigen Kanalabschnitt begrenzt bzw. ausbildet.
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Dabei kann das spiralförmige Gehäuseteil ein Abschnitt eines Hauptgehäuses sein, in dem die elektrische Maschine angeordnet ist. Alternativ kann das spiralförmige Gehäuseteil ein an dem Hauptgehäuse angeflanschtes separates Gehäuseteil sein. Das genannte Gehäuseteil lässt sich in verschiedenen Umformverfahren, wie z. B. Stranggießen oder Spritzgießen, als Massenprodukt kostengünstig herstellen.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der spiralförmige Kanalabschnitt eine in Strömungsrichtung des Kühlmittels hin sich vergrößernde Querschnittfläche auf.
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Durch derartige Ausführung der Querschnittfläche wird ein Teil der Geschwindigkeitsenergie des in den spiralförmigen Kanalabschnitt einströmenden Kühlmittels und somit ein Teil des dynamischen Drucks im Kühlmittel in die Druckenergie des Kühlmittels und somit in den statischen Druck umgewandelt (Diffusoreffekt). Dies verhindert die Bildung von störenden Turbulenzen im Kühlmittel.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Elektromotoranordnung ferner eine aktive Kühlmittelabführeinheit auf, die in dem spiralförmigen Kanalabschnitt angeordnet ist und zum aktiven Abführen des Kühlmittels aus dem ersten Kühlkanal ausgeführt ist.
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Vorzugsweise ist die Kühlmittelabführeinheit als ein Ventilator, insb. ein doppelflutiger Radialventilator, ausgebildet.
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Ventilatoren bzw. doppelflutige Radialventilatoren sind als Massenprodukt in verschiedenen Formen und Varianten kostengünstig erhältlich.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Kühlmittelabführeinheit mit einer Rotorwelle der elektrischen Maschine drehfest verbunden.
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In dieser Ausgestaltung kann die Kühlmittelabführeinheit von der elektrischen Maschine angetrieben werden, die sich im Betrieb der Elektromotoranordnung sowieso dreht. Damit entfallen zusätzliche Antriebskomponenten zum Antreiben der Kühlmittelabführeinheit.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Kühlkanal an einem Wärmetauscher angeschlossen ist.
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Die Abwärme von der elektrischen Maschine kann dann von dem Wärmetauscher z.B. zum Erwärmen einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs verwendet werden.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Elektromotoranordnung ferner eine Leistungselektronik zum Bereitstellen von Phasenströmen für die elektrische Maschine, sowie einen zweiten Kühlkanal zum Befördern eines Kühlmittels. Dabei führt der zweite Kühlkanal bzw. ein Kanalabschnitt des zweiten Kühlkanals entlang einer Kühlfläche der Leistungselektronik vorbei. Der zuvor genannte spiralförmige Kanalabschnitt bildet einen Abschnitt des zweiten Kühlkanals aus, der stromabwärts nach der Leistungselektronik bzw. dem Kanalabschnitt des zweiten Kühlkanals liegt, der entlang der Kühlfläche der Leistungselektronik vorbeiführt.
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Mit dem spiralförmigen Kanalabschnitt als gemeinsamen Kühlkanalabschnitt können die elektrische Maschine und die Leistungselektronik in zwei voneinander (zumindest größtenteils) getrennt ausgeführten, parallel zueinander angeschlossen Kühlkanälen zeitgleich gekühlt werden.
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Durch die aktive Kühlmittelabführeinheit in dem gemeinsamen spiralförmigen Kanalabschnitt, die die beiden Kühlkreisläufe in den beiden Kühlkanälen antreibt, kann auch die Leistungselektronik ohne separate zusätzliche Mittel aktiv gekühlt werden.
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Damit ist eine Elektromotoranordnung geschaffen, bei der die Abwärme der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik und somit der Elektromotoranordnung in einfacher Weise effizient abgeführt werden kann.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Elektromotoranordnung ist der spiralförmige Kanalabschnitt räumlich zwischen der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik angeordnet.
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Durch die räumliche Anordnung des gemeinsamen spiralförmigen Kanalabschnitts und somit der Kühlmittelabführeinheit zwischen der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik bzw. zwischen dem Längskanalabschnitt des ersten Kühlkanals und des an der Leistungselektronik vorbeiführenden Kanalabschnitts des zweiten Kühlkanals, der sich stromaufwärts vor dem spiralförmigen Kanalabschnitt befindet, werden die beiden Kanalabschnitte (der Längskanalabschnitt und der eine Kanalabschnitt des zweiten Kühlkanals) durch den gemeinsamen spiralförmigen Kanalabschnitt strömungstechnisch voneinander getrennt. Dadurch kann das Kühlmittel aus jedem der beiden Kanalabschnitte ohne strömungstechnische Störungen in dem jeweils anderen Kanalabschnitt wie z. B. infolge eines Druckverlusts in dem jeweils anderen Kanalabschnitt abgeführt werden.
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Zudem ermöglicht die oben genannte räumliche Anordnung der Kühlmittelabführeinheit, die Kühlmittelabführeinheit strömungstechnisch in unmittelbarer Nähe sowohl zur elektrischen Maschine als auch zur Leistungselektronik anzuordnen, wodurch das Kühlmittel, das die Abwärme von der elektrischen Maschine und der Leistungselektronik aufgenommen hat, auch aktiv und in möglichst kurzen Wegen sowohl von der elektrischen Maschine als auch von der Leistungselektronik abgeführt werden kann, bevor es sich in der Nähe der elektrischen Maschine oder der Leistungselektronik rückstaut und somit zu einem Wärmestau in der elektrischen Maschine oder der Leistungselektronik führen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybrid-/Elektrofahrzeug, bereitgestellt, das eine zuvor beschriebene Elektromotoranordnung zum Antrieb des Fahrzeugs und einen zuvor genannten Wärmetauscher aufweist, wobei der erste und/oder der zweite Kühlkanal der Elektromotoranordnung an dem Wärmetauscher strömungstechnisch angeschlossen ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben dargestellten Elektromotoranordnung sind, soweit im Übrigen auf das oben genannte Fahrzeug übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrzeugs anzusehen.
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Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Elektromotoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Querschnittdarstellung;
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2 ein spiralförmiges Gehäuseteil der in 1 dargestellten Elektromotoranordnung samt einem darin ausgebildeten spiralförmigen Kanalabschnitt in einer schematischen Querschnittdarstellung;
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3 einen doppelflutigen Radialventilator der in 1 dargestellten Elektromotoranordnung in einer schematischen drei-dimensionalen Darstellung.
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Zunächst sei auf 1 verwiesen, in der eine Elektromotoranordnung EA zum Antrieb eines in der Figur nicht dargestellten Elektrofahrzeugs in einer schematischen Querschnittdarstellung dargestellt ist.
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Die Elektromotoranordnung EA umfasst ein Gehäuse GH, das ein erstes Gehäuseteil GT1, ein zweites Gehäuseteil GT2 und einen Gehäusedeckel GD umfasst.
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Das erste Gehäuseteil GT1 ist topfförmig ausgebildet und umschließt einen zylinderförmigen Innenraum. Dabei umfasst das erste Gehäuseteil GT1 eine erste zylindermantelförmige Gehäuseseitenwand GS1 und einen ersten kreisscheibenförmigen Gehäuseboden GB1.
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Der erste Gehäuseboden GB1 weist eine Anzahl von Durchbrüchen auf, die Einlassöffnungen EL1 eines ersten Kühlkanals KK1 zum Durchleiten eines Kühlmittels ausbilden. Der erste Gehäuseboden GB1 weist ferner in der Kreismitte ein Wellenlager WL zum Lagern einer Rotorwelle RW einer nachfolgend zu beschreibenden elektrischen Maschine EM auf.
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Die erste Gehäuseseitenwand GS1 weist auf der dem Innenraum zugewandten Seite und zugleich von dem ersten Gehäuseboden GB1 abgewandten Bereich einen ringscheibenförmig geformten Vorsprung VS auf, der den Innenraum in einen ersten Hohlraum HR1 und einen zweiten Hohlraum HR2 teilt, die in axiale Richtung des Innenraums hintereinander liegen.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlraum HR1 und HR2 weist das Gehäuse GH eine kreisförmige, von dem Vorsprung VS konzentrisch umschlossene Öffnung auf, die eine Durchlassöffnung DL1 des ersten Kühlkanals KK1 ausbildet.
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Der erste Hohlraum HR1 ist zylinderförmig ausgebildet. In dem ersten Hohlraum HR1 ist eine elektrische Maschine EM angeordnet, die als eine fremd- oder permanenterregte Synchron- oder Asynchronmaschine ausgebildet ist und einen Stator ST und einen Rotor RT samt der Rotorwelle RW umfasst.
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Der Stator ST ist an der Innenseite der ersten Gehäuseseitenwand GS1 drehfest fixiert und weist eine Anzahl von Längsnuten LN auf, die auf der Außenoberfläche des Stators ST angeordnet sind und sich in Richtung der Drehachse DA der Rotorwelle RW axial von einem axialen Ende des Stators ST zu einem anderen axialen Ende des Stators ST durchgehend erstrecken. Dabei bilden diese Längsnuten LN einen Teil eines Längskanalabschnitts LK des ersten Kühlkanals KK1 aus, der sich zwischen den Einlassöffnungen EL1 und der Durchlassöffnung DL1 erstreckt und zum Durchleiten des Kühlmittels ausgeführt ist.
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Der Rotor RT ist samt der Rotorwelle RW in dem ersten Hohlraum HR1 gegenüber dem Stator ST drehbar und konzentrisch zu dem Stator ST an dem Wellenlager WL gelagert. Der Rotor RT weist eine Anzahl von Durchgangsbohrungen DB auf, die sich in Richtung der Drehachse DA der Rotorwelle RW von einem axialen Ende des Rotors RT zu einem anderen axialen Ende des Rotors RT durchgehend erstrecken. Dabei bilden die Durchgangsbohrungen DB ebenfalls einen Teil des Längskanalabschnitts LK des ersten Kühlkanals KK1 aus.
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Über die Rotorwelle RW ist die elektrische Maschine EM mit einer in der Figur nicht dargestellten Antriebswelle und über die Antriebswelle mit ebenfalls nicht dargestellten Rädern des Elektrofahrzeugs verbunden und betreibt im Betrieb des Elektrofahrzeugs die Räder über die Antriebswelle.
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Der zweite Hohlraum HR2 ist spiralförmig geformt und wird von einem Gehäuseteil SG begrenzt, das einen Abschnitt der ersten Gehäuseseitenwand GS1 im Bereich des zweiten Hohlraumes HR2 und den Vorsprung VS umfasst und einen spiralförmigen Querschnitt aufweist, so wie es in 2 detailliert dargestellt ist.
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In der Mitte des Hohlraums HR2 weist das Gehäuseteil SG die zuvor beschriebene Durchlassöffnung DL1 auf. An einem radialen Ende des Hohlraums HR2 weist das Gehäuseteil SG eine ins Gehäuseäußere radial vorstehende Öffnung auf, die eine Austrittsöffnung AS des Hohlraums HR2 ausbildet. Damit bildet der Hohlraum HR2 einen spiralförmigen Kanalabschnitt, der sich von der Durchlassöffnung DL1 bis zu der Austrittsöffnung AS radial erstreckt und sich über die Durchlassöffnung DL1 an dem Längskanalabschnitt LK anschließt. Dieser spiralförmige Kanalabschnitt SG bildet einen Abschnitt des ersten Kühlkanals KK1 und dient zum Durchleiten des Kühlmittels. Der spiralförmige Kanalabschnitt SG ist über die Austrittsöffnung AS und über einen flexiblen Schlauch mit einem Wärmetauscher WT des Elektrofahrzeugs verbunden, wobei durch den Schlauch das Kühlmittel von dem spiralförmigen Kanalabschnitt SG zu dem Wärmetauscher WT abgeführt wird.
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Die Strömungsrichtung SR des Kühlmittels erstreckt sich in dem Kanalabschnitt SK von der Durchlassöffnung DL1 zu der Austrittsöffnung AS hin spiralförmig. Der spiralförmige Kanalabschnitt SK weist Querschnittfläche QF auf, die sich in die Strömungsrichtung SR hin vergrößert. Insb. weist der Kanalabschnitt SK eine Form einer logarithmischen Spirale auf.
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In der Mitte des Kanalabschnitts SK ist ein doppelflutiger Radialventilator RV konzentrisch angeordnet. Der Aufbau und die Form des Radialventilators RV sind in 3 in einer schematischen drei-dimensionalen Sicht detailliert dargestellt.
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Der Radialventilator RV umfasst eine Nabe NB, die mit der Rotorwelle RW eine drehfeste Welle-Nabe-Verbindung zwischen dem Radialventilator RV und der Rotorwelle RW ausbildet.
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Der Radialventilator RV umfasst zudem eine ringscheibenförmige Trennscheibe TS, die an der Nabe NB konzentrisch zur Nabe NB und sich von der axialen Mitte der Nabe NB aus radial erstreckend geformt ist.
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Der Radialventilator RV umfasst ferner eine erste Gruppe von Schaufelrädern SR1 und eine zweite Gruppe von Schaufelrädern SR2, die sich jeweils auf einer der beiden Seiten der Trennscheibe TS und von der Nabe NB radial erstreckend angeformt sind. Die Schaufeldräder SR1, SR2 sind in dieser Ausführungsform rückwärts also in eine der Drehrichtung des Radialventilators RV entgegengesetzte Richtung gekrümmt und jeweils von einer ersten ringscheibenförmigen Deckscheibe DS1 oder einer zweiten ringscheibenförmigen Deckscheibe DS2 axial begrenzt.
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Der Radialventilator RV weist zwischen der Nabe NB und der ersten Deckscheibe DS1 eine erste ringförmige Öffnung auf, die eine erste axiale Ansaugöffnung AO1 in Form von einer ersten Lufteinlassdüse des Radialventilators RV ausbildet (vergleiche 1). Zwischen der Nabe NB und der zweiten Deckscheibe DS2 weist der Radialventilator RV eine zweite ringförmige Öffnung auf, die eine zweite axiale Ansaugöffnung AO2 in Form von einer zweiten Lufteinlassdüse des Radialventilators RV ausbildet.
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Das zweite Gehäuseteil GT2 ist ebenfalls topfförmig ausgebildet und umschließt einen zylinderförmigen Innenraum, der einen dritten Hohlraum HR3 des Gehäuses GH ausbildet. Das zweite Gehäuseteil GT2 umfasst eine zweite zylindermantelförmige Gehäuseseitenwand GS2 und einen zweiten kreisscheibenförmigen Gehäuseboden GB2. Mit dem zweiten Gehäuseboden GB2 schließt das zweite Gehäuseteil GT2 den Innenraum bzw. den zweiten Hohlraum HR2 des ersten Gehäuseteils GT1 in dessen axialer Richtung ab.
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Der zweite Gehäuseboden GB2 weist eine Anzahl von Durchbrüchen auf, die Durchlassöffnungen DL2 eines zweiten Kühlkanals KK2 ausbilden. In der Kreismitte weist der zweite Gehäuseboden GB2 ein weiteres Wellenlager WL zum Lagern der Rotorwelle RW auf.
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An dem zweiten Gehäuseteil GT2 ist der Gehäusedeckel GD angeschlossen, der kreisscheibenförmig ausgebildet ist und den dritten Hohlraum HR3 in dessen axialer Richtung einseitig abschließt. Der Gehäusedeckel GD weist eine Anzahl von Durchbrüchen auf, die Einlassöffnungen EL2 des zweiten Kühlkanals KK2 ausbilden.
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In dem dritten Hohlraum HR3 weist die Elektromotoranordnung EA eine Leistungselektronik LE zum Bereitstellen von Phasenströmen für die elektrische Maschine EM auf, die an dem Gehäusedeckel GD befestigt ist und eine Kühlfläche KF aufweist. Die Leistungselektronik LE ist über in der Figur nicht dargestellte elektrische Verbindungen mit der elektrischen Maschine EM und in der Figur nicht dargestellten externen elektrischen Komponenten, wie z. B. einer Stromquelle, elektrisch verbunden.
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Zwischen der Leistungselektronik LE und dem zweiten Gehäuseteil GT2 sind Zwischenräume vorhanden. Diese Zwischenräume bilden einen Kanalabschnitt des zweiten Kühlkanals KK2 aus, der entlang der Kühlfläche KF der Leistungselektronik LE vorbeiführt und sich zwischen den Einlassöffnungen EL2 und den Durchlassöffnungen DL2 erstreckt. Über die Durchlassöffnungen DL2 schließt sich der Kanalabschnitt unmittelbar an den spiralförmigen Kanalabschnitt SK an. Mit dem spiralförmigen Kanalabschnitt SK zusammen bildet der Kanalabschnitt somit den zweiten Kühlkanal KK2 aus.
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Nachfolgend wird die Kühlung der elektrischen Maschine EM und der Leistungselektronik LE und somit der Elektromotoranordnung EA mit den beiden Kühlkanälen KK1 und KK2, insb. mit dem gemeinsamen spiralförmigen Kanalabschnitt SK, näher beschrieben.
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Beim Betrieb der Elektromotoranordnung EA entsteht in der elektrischen Maschine EM und der Leistungselektronik LE Abwärme.
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Diese Abwärme wird von dem Kühlmittel in Form von Kühlluft aufgenommen und abgeführt, das beim Betrieb der Elektromotoranordnung EA in einem ersten und einem zweiten Kühlkreislauf KL1, KL2 zirkuliert.
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Der erste Kühlkreislauf KL1 umfasst den ersten Kühlkanal KK1 und erstreckt sich von den ersten Einlassöffnungen EL1 durch die Längsnuten LN an dem Stator ST und die Durchgangsbohrungen DB an dem Rotor RT und somit den Längskanalabschnitt LK, die erste Durchlassöffnung DL1, die erste Ansaugöffnung AO1 an dem Radialventilator RV, den spiralförmigen Kanalabschnitt SK und anschließend durch die Austrittsöffnung AS und weiter bis zu dem Wärmetauscher WT. Der erste Kühlkreislauf KL1 ist in 1 mit punktierten Linien dargestellt.
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Der zweite Kühlkreislauf KL2 umfasst den zweiten Kühlkanal KK2 und erstreckt sich von den zweiten Einlassöffnungen EL2 durch den Kanalabschnitt des zweiten Kühlkanals KK2 an der Kühlfläche KF der Leistungselektronik LE, die zweite Durchlassöffnung DL2 an dem zweiten Gehäuseboden GB2, die zweite Ansaugöffnung AO2 des Radialventilators RV und den spiralförmigen Kanalabschnitt SK und anschließend durch die Austrittsöffnung AS und weiter bis zu dem Wärmetauscher WT. Der zweite Kühlkreislauf KL2 ist in 1 mit gestrichelten Linien dargestellt.
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Die beiden Kühlkreisläufe KL1 und KL2 bilden somit zwei voneinander im Wesentlichen getrennte, zueinander parallel angeschlossene Kühlkreisläufe aus, wobei diese den spiralförmigen Kanalschnitt SK als gemeinsamen Abschnitt aufweisen, der in 1 mit Strichpunktlinien dargestellt ist.
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Beim Betrieb der Elektromotoranordnung EA dreht sich der Radialventilator RV mit der Rotorwelle RW und bläst die in dem spiralförmigen Kanalschnitt SK befindliche Kühlluft über die Austrittsöffnung AS an den Wärmetauscher WT. Dadurch entsteht Luftunterdruck in dem spiralförmigen Kanalschnitt SK und folglich Luftdruckunterschiede zwischen dem spiralförmigen Kanalschnitt SK und dem Längskanalschnitt LK bzw. zwischen dem spiralförmigen Kanalschnitt SK und dem Kanalabschnitt des zweiten Kühlkanals KK2 in dem dritten Hohlraum HR3. Durch die Luftdruckunterschiede wird die Kühlluft, die mit der Abwärme der elektrischen Maschine EM und der Leistungselektronik LE thermisch aufgeladen ist, aus dem Längskanalschnitt LK und dem Kanalabschnitt des zweiten Kühlkanals KK2 und somit aus dem ersten und dem dritten Hohlraum HR1, HR3 durch die Durchlassöffnungen DL1, DL2 in den spiralförmigen Kanalabschnitt SK angesaugt.
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Die thermisch aufgeladene Kühlluft wird dann von dem Radialventilator RV durch die Austrittsöffnung AS an den Wärmetauscher WT abgeführt.
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In dem Wärmetauscher WT gibt die Kühlluft die aufgeladene Abwärme ab und kühlt sich ab und wird von dem Wärmetauscher WT in die Fahrzeugumgebung UG abgeführt. Die Abwärme wird von dem Wärmetauscher WT z. B. zum Erwärmen von Fahrgastzelle des Elektrofahrzeugs verwendet.
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Durch das Abführen der Kühlluft aus dem ersten und dem dritten Hohlraum HR1, HR3 entsteht Luftunterdruck in diesen beiden Hohlräumen HR1, HR3 gegenüber der Fahrzeugumgebung UG. Durch diesen Luftunterdruck wird kalte Fahrzeugaußenluft von der Fahrzeugumgebung UG durch die ersten und die zweiten Einlassöffnungen EL1, EL2 in den ersten und den dritten Hohlraum HR1, HR3 eingesaugt und dem ersten und dem zweiten Kreislauf KL1, KL2 zugeführt.
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Die Fahrzeugaußenluft, die dem ersten Kühlkreislauf KL1 zugeführt wurde, durchströmt den Längskanalabschnitt LK bzw. die Längsnuten LN an dem Stator ST und die Durchgangsbohrungen DB an dem Rotor RT. Dabei nimmt die Kühlluft die Abwärme von dem Stator ST und dem Rotor RT auf und kühlt den Stator ST und den Rotor RT und somit die elektrische Maschine EM.
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Die Fahrzeugaußenluft, die dem zweiten Kühlkreislauf KL2 zugeführt wurde, durchströmt an der Kühlfläche KF der Leistungselektronik LE vorbei und nimmt dabei die Abwärme von der Leistungselektronik LE auf und kühlt somit die Leistungselektronik LE.
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Die mit der Abwärme der elektrischen Maschine EM und der Leistungselektronik LE thermisch aufgeladene Kühlluft strömt anschließend durch die von dem Radialventilator RV erzeugten Luftdruckunterschiede in den spiralförmigen Kanalabschnitt SK und wird von dem Radialventilator RV an den Wärmetauscher WT abgeführt.
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Durch die Kühlung der elektrischen Maschine EM und der Leistungselektronik LE in zwei im Wesentlichen voneinander getrennten, parallel zueinander angeschlossenen und voneinander unabhängigen Kühlkanälen KK1, KK2 ist eine effiziente Kühlung der elektrischen Maschine EM und der Leistungselektronik LE und somit der Elektromotoranordnung EA gewährleistet.
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Dank dem Radialventilator RV, der als einzige Strömungsmaschine von der elektrischen Maschine EM über die Rotorwelle RW angetrieben die beiden Kühlkreisläufe KL1, KL2 betreibt, weist die Kühlanordnung KA kaum zusätzlichen Kostenaufwand auf.
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Da der erste Kühlkanal KK1 durch die Längsnuten LN an dem Stator ST und die Durchgangsbohrungen DB an dem Rotor RT führt, die bspw. zur Gewichtsreduzierung beim Stator ST oder zum Unwuchtausgleich beim Rotor RT sowieso vorgesehen sind, kann die Kühlanordnung KA ohne zusätzliche Anpassung der elektrischen Maschine EM ausgeführt werden.
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Bei einer hohen Drehgeschwindigkeit der elektrischen Maschine EM somit des Radialventilators RV entstehen große Luftdruckunterschiede zwischen dem ersten bzw. dem dritten Hohlraum HR1, HR3 und dem zweiten Hohlraum HR2, wodurch auch Staub und weitere Verunreinigungen aus dem ersten und dem dritten Hohlraum HR1, HR3 angesaugt und über die Austrittsöffnung AS abgeführt werden.
