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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem von einem ersten Arbeitsfluid durchströmbaren ersten Kreislauf und einem von einem zweiten Arbeitsfluid durchströmbaren zweiten Kreislauf. Dabei sind der erste Kreislauf und der zweite Kreislauf hermetisch ausgebildet. Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine, bei welchem ein erster Kreislauf von einem ersten Arbeitsfluid und ein zweiter Kreislauf von einem zweiten Arbeitsfluid durchströmt wird.
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Bei der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie in elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Motoren, entstehen Verluste in Form von Wärme. Diese Wärmeverluste müssen abgeführt werden, um eine Überhitzung und eine Beschädigung der elektrischen Maschine zu verhindern. Zudem kann die Abfuhr der Wärme zu einem besseren Wirkungsgrad führen.
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Heute besteht das Kühlsystem von Umrichter und Motor aus einem Kühlreislauf, in welchem ein Kältemittel-Gemisch zirkuliert, welches die Wärmeverluste aufnimmt und an ein Arbeitsmedium, z.B. die Umgebungsluft, abgibt. Weist die elektrische Maschine ein rotorintegriertes Getriebe auf, das mit Öl gekühlt wird, so sind dafür zwei Kühlkreisläufe, ein Motorkühlkreislauf und ein Getriebekühlkreislauf, mit zwei Wärmetauschern notwendig. 2 (Stand der Technik) zeigt beispielsweise einen solchen Motor mit einem rotorintegrierten Getriebe. Wie aus 2 hervorgeht, weist die elektrische Maschine 10 einen ersten Kreislauf 18 und einen zweiten Kreislauf 20 auf. Dabei werden der erste Kreislauf 18 von einem ersten Arbeitsfluid und der zweite Kreislauf 20 von einem zweiten Arbeitsfluid durchströmt. Bei dem ersten Kreislauf 18 kann es sich beispielsweise um einen Ölkühlkreislauf für das Getriebe handeln. Dazu weist der Kreislauf 18 einen Ölkühler 24 auf, mittels welchem thermische Energie von dem ersten Arbeitsfluid des ersten Kreislaufs 18 auf ein weiteres (drittes) Arbeitsfluid, z.B. an die Umgebungsluft, übertragen werden kann. Ferner weist der erste Kreislauf 18 eine Pumpe 22 zum Fördern eines den ersten Kreislauf 18 durchströmenden ersten Arbeitsfluids auf. Der zweite Kreislauf 20 ist dabei als Kühlkreislauf des Motors ausgebildet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, in einer elektrischen Maschine mit geringerem technischen Aufwand und bauraumsparend eine besonders hohe Kühlleistung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem von einem ersten Arbeitsfluid durchströmbaren ersten Kreislauf und einem von einem zweiten Arbeitsfluid durchströmbaren zweiten Kreislauf. Dabei sind der erste Kreislauf und der zweite Kreislauf hermetisch ausgebildet. Des Weiteren weisen der erste Kreislauf und der zweite Kreislauf eine gemeinsame Wärmetauscherfläche auf, wobei die Wärmetauscherfläche derart ausgebildet ist, dass thermische Energie von dem ersten Arbeitsfluid des ersten Kreislaufs auf das zweite Arbeitsfluid des zweiten Kreislaufs und/oder umgekehrt von dem zweiten Arbeitsfluid auf das erste Arbeitsfluid über die Wärmetauscherfläche übertragbar ist. Die Übertragungsrichtung kann z.B. mit der Zeit wechseln.
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Mit anderen Worten wird das zweite Arbeitsfluid des zweiten Kreislaufs zumindest zeitweise zur Kühlung oder Erwärmung des ersten Arbeitsfluids des ersten Kreislaufs genutzt. Dazu kann im Bereich eines gewünschten oder vorbestimmten Wärmeübergangs beispielsweise über die bestehende Mantelfläche der Rohre des zweiten Kreislaufs eine zweite Mantelfläche in einem vorgegebenen Abstand angeordnet werden, in dem das erste Arbeitsfluid des ersten Kreislaufs entlang der Mantelfläche des zweiten Kreislaufs geführt wird. Dieser Bereich der Mantelfläche des zweiten Kühlkreislaufs bildet somit die gemeinsame Wärmetauscherfläche des ersten und des zweiten Kreislaufs. Dadurch, dass die Kreisläufe hermetisch ausgebildet sind, ergibt sich eine indirekte Wärmeübertragung mittels der gemeinsamen Wärmetauscherfläche, sodass Stoffströme räumlich durch eine wärmedurchlässige Wand getrennt sind. Somit erfolgt die Anbindung des ersten Kreislaufs an den zweiten Kreislauf. Die Arbeitsfluide (erstes und zweites) können derart in dem ersten und dem zweiten Kreislauf zirkulieren, dass im Gegenstrom, d.h. dass sie entgegenkommend aneinander vorbeiströmen, und/oder im Gleichstrom, d.h. dass sie nebeneinander in gleicher Richtung strömen.
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Die Wärmetauscherfläche kann in vorteilhafter Weise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit zwischen 20 und 400 W/(m·K), insbesondere zwischen 250 und 400 W/(m·K), bestehen. Bei dem Material kann es sich beispielsweise um Kupfer und/oder Aluminium und/oder Kunststoff und/oder Glas und/oder Siliciumcarbid handeln.
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Durch die Anordnung des ersten Kreislaufes an dem zweiten Kreislauf ergibt sich der Vorteil, dass die elektrische Maschine kompakter aufgebaut werden kann. Diese bauliche Maßnahme kann zu einer Kostenreduzierung bei der Kühlvorrichtung für einen Motor durch Nutzung des Motors als eine Hälfte des Kühlers führen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der zweite Kreislauf einen Wärmetauscher aufweist, welcher stromaufwärts der Wärmetauscherfläche angeordnet ist und mittels welchem thermische Energie von dem zweiten Arbeitsfluid an ein drittes Arbeitsfluid übertragbar ist. Bei dem dritten Arbeitsfluid kann es sich beispielsweise um ein Kältemittel handeln, welches in einem dritten Kreislauf gefördert werden kann. Ferner kann die thermische Energie von dem zweiten Arbeitsfluid an die Umgebung abgegeben werden. Somit stellt das dritte Arbeitsfluid beispielsweise die Umgebungsluft dar. Durch den Wärmetauscher, welcher mit dem zweiten Kreislauf gekoppelt ist, kann eine besonders hohe spezifische Kühlleistung realisiert werden.
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In vorteilhafter Weise kann das erste Arbeitsfluid ein Öl, insbesondere ein Getriebeöl, sein. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass dem Getriebeöl gleich zwei Funktionen zukommen. Zum einen wird das Getriebeöl dazu verwendet Getriebekomponenten zu schmieren und zugleich ist die thermische Stabilität innerhalb des Getriebes zu gewährleisten. Es ist kein zusätzliches Kältemittel notwendig, welches die thermischen Verluste abführen muss. In vorteilhafter Weise kann es sich bei dem ersten Arbeitsfluid um ein Schmiermittel, insbesondere um einen flüssigen Schmierstoff, handeln.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das zweite Arbeitsfluid ein Kältemittel, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch, ist. Mit anderen Worten kann es sich bei dem zweiten Arbeitsfluid um ein flüssiges Kältemittel handeln. Als flüssiges Kältemittel kann beispielsweise Wasser und/oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch verwendet werden. Unter einem Gemisch (Stoffgemisch) versteht man einen Stoff, der aus mindestens zwei Reinstoffen besteht. Zudem kann das Kältemittel beispielsweise eine spezifische Wärmekapazität zwischen 2,2 kJ / kg·K und 4,2 kJ / kg·K , insbesondere eine spezifische Wärmekapazität zwischen 3,0 kJ / kg·K und 3,5 kJ / kg·K , aufweisen. Diese Werte für die Wärmekapizitäten des Kältemittels wurden bei einer Temperatur von 20°C gemessen. Durch die besonders hohe spezifische Wärmekapazität des zweiten Arbeitsfluids ist die Entwärmung des ersten Arbeitsfluids besonders effektiv.
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In vorteilhafter Weise kann der erste Kreislauf eine Fördereinrichtung zum Fördern eines den ersten Kreislauf durchströmenden ersten Arbeitsfluids aufweisen, wobei die Fördereinrichtung in ein Gehäuse der elektrischen Maschine integriert sein kann. Bei der Fördereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Pumpe handeln. Die Fördereinrichtung kann beispielsweise auch nach dem Archimedischen Prinzip arbeiten und/oder mittels einer archimedischen Einrichtung, beispielsweise einer archimedischen Schnecke, in dem Kreislauf gefördert werden. In vorteilhafter können das erste und/oder das zweite Arbeitsfluid beispielsweise durch Konvektion und/oder Diffusion und/oder durch Zentrifugalkräfte in den Kreisläufen zirkulieren. Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Kreislauf vollständig in das Gehäuse der elektrischen Maschine integriert ist.
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Mit anderen Worten ist der erste Kreislauf, in welchem das erste Arbeitsfluid zirkuliert, von dem Motorgehäuse konstruktiv eingeschlossen. Dadurch sind keine zusätzlichen Leitungen oder sonstige externe Verschaltungen oder Leistungsführung mehr notwendig. Mit anderen Worten kann in die Konstruktion der elektrischen Maschine, zum Beispiel die Lagerschilde, der erste Kreislauf integriert sein. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass für die Anbindung kürzere Kreislaufkanäle verwendet werden können. Zusätzlich kann bei der externen Verrohrung und der mechanischen Befestigung des zusätzlichen externen Kühlers eingespart werden. Beim Kunden können die Kosten reduziert werden, da sich der Kunde den Einbau sowohl der Pumpe als auch des Kühlers und der Kühlschläuche einspart.
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In vorteilhafter Weise kann in die elektrische Maschine ein mechanisches Getriebe integriert sein, wobei der erste Kreislauf ein Kühlkreislauf für das Getriebe und der zweite Kreislauf ein Kühlkreislauf für den Rotor und/oder den Stator und/oder den Umrichter der elektrischen Maschine ist. Mit anderen Worten nimmt das erste Arbeitsfluid des ersten Kreislaufes die thermischen Verluste aus dem Getriebe auf und gibt diese thermischen Verluste an das zweite Arbeitsfluid über die Wärmetauscherfläche weiter, wohingegen das zweite Arbeitsfluid neben den thermischen Verlusten aus dem Getriebe auch die thermischen Verluste in der elektrischen Maschine, insbesondere die thermischen Verluste des Motors und/oder des Umrichters, abnimmt und diese Verluste an die Umgebung und/ oder ein drittes Arbeitsfluid abgibt.
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Im Betrieb der elektrischen Maschine wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine bereitgestellt, bei welchem ein erster Kreislauf von einem ersten Arbeitsfluid und ein zweiter Kreislauf von einem zweiten Arbeitsfluid durchströmt werden. Dabei sind der erste Kreislauf und der zweite Kreislauf über eine gemeinsame Wärmetauscherfläche miteinander gekoppelt, wobei thermische Energie von dem ersten Arbeitsfluid des ersten Kreislaufs auf das zweite Arbeitsfluid des zweiten Kreislaufs und/oder umgekehrt von dem zweiten Arbeitsfluid auf das erste Arbeitsfluid über die Wärmetauscherfläche übertragen wird.
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In vorteilhafter Weise kann thermische Energie von dem zweiten Arbeitsfluid des zweiten Kreislaufs mittels eines Wärmeübertrages, welcher stromauf der Wärmetauscherfläche angeordnet ist, an ein drittes Arbeitsfluid übertragen werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass thermische Energie in einer Aufwärmphase nur dann von dem zweiten Arbeitsfluid auf das erste Arbeitsfluid übertragen wird, solange eine Temperatur des ersten Arbeitsfluids noch unter einer vorgegebenen Betriebstemperatur des ersten Arbeitsfluids liegt. Mit Aufwärmphase ist hier das aktive Aufwärmen zur Herstellung eines optimalen Betriebszustandes der elektrischen Maschine gemeint. Bei einer Aufwärmphase einer elektrischen Maschine kann es sich beispielsweise um eine Startphase des Motors handeln. Mit Betriebstemperatur ist hier ein vorab vorgegebenes Temperaturniveau gemeint, welches den optimalen Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet. Mit anderen Worten wird das erste Arbeitsfluid solange erwärmt bis es eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass dadurch ein schnelles Erwärmen des ersten Arbeitsfluids ermöglicht wird und damit Getriebeverluste in der Startphase reduziert werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass thermische Energie nur dann von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragen wird, wenn eine Temperatur des ersten Arbeitsfluids oberhalb einer vorgegebenen Betriebstemperatur liegt. Durch den kontinuierlichen Wärmeübergang in Abhängigkeit des entsprechenden Temperaturniveaus des ersten und/oder des zweiten Arbeitsfluids befindet sich das System/die elektrische Maschine in einem dynamischen Gleichgewicht.
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Bei der Entwicklung eines Bauplans der elektrischen Maschine kann dabei der Massenstrom des eingesetzten ersten Arbeitsfluids variiert werden, sodass sich bei einem bestimmten vorgegebenen Massenstrom für das zweite Arbeitsfluid vorgegebene Bedingungen, wie beispielsweise die maximalen Temperaturniveaus der beiden Arbeitsfluide in dem ersten und dem zweiten Kreislauf, während des Betriebs einstellen. In Abhängigkeit von den angenommenen oder simulierten thermischen Verlusten der elektrischen Maschine während des Betriebes kann auf den Massenstrom des ersten Arbeitsfluids rückgeschlossen und dieser eingestellt werden, sodass ein reibungsfreier Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden kann. Mit anderen Worten kann das Temperaturgleichgewicht durch die Variation des Massenstroms des ersten Arbeitsfluids eingestellt werden zwischen dem ersten Kreislauf und dem zweiten Kreislauf.
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Die in Bezug auf die erfindungsgemäße elektrische Maschine beschriebenen Weiterbildungen lassen sich entsprechend auf das Verfahren übertragen.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine;
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2 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine mit zwei Kühlkreisläufen gemäß dem Stand der Technik;
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3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer elektrischen Maschine mit einem ersten und einem zweiten Kreislauf;
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4 eine schematische Darstellung eines Gehäuses einer elektrischen Maschine mit integrierter Pumpe; und
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5 eine schematische Darstellung eines Gehäuses einer elektrischen Maschine.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander betrachtete Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In 1 ist ein allgemeiner Aufbau einer elektrischen Maschine dargestellt. Gezeigt ist eine elektrische Maschine 10, bei der es sich um die erfindungsgemäße elektrische Maschine handeln kann. Bei der elektrischen Maschine 10 kann es sich beispielsweise um einen Motor oder Generator handeln. In 1 stellt eine Rotationsachse A auch eine Symmetrieachse der Darstellung dar. Die elektrische Maschine 10 umfasst einen Stator 14, in welchem Wicklungen W elektrischer Spulen angeordnet sind, wobei in 1 nur eine der Wicklungen W dargestellt ist. Die Wicklungen W werden durch eine Drehstromquelle C abwechselnd bestromt, wodurch im Inneren des Stators 14 ein magnetisches Drehfeld in einem Luftspalt L der elektrischen Maschine 10 entsteht. Die Drehstromquelle C kann beispielsweise ein gesteuerter Wechselrichter oder ein festfrequentes öffentliches elektrisches Versorgungsnetz oder ein Frequenzumrichter sein. Im Inneren des Stators 14 befindet sich ein Rotor 16, der drehfest mit einer Welle 12 verbunden ist. Die Welle 12 ist um die Rotationsachse A drehbar in dem Stator 14 gelagert.
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In 3 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer elektrischen Maschine mit einem ersten und einem zweiten Kreislauf dargestellt. Die elektrische Maschine 10 umfasst dabei einen von einem ersten Arbeitsfluid durchströmbaren ersten Kreislauf 18 und einen von einem zweiten Arbeitsfluid durchströmbaren zweiten Kreislauf 20. Die beiden Kreisläufe sind dabei hermetisch ausgebildet. Wie aus 3 hervorgeht, bildet ein Teil des ersten Kreislaufs 18 mit einem Teilabschnitt des zweiten Kreislaufs 20 eine gemeinsame Wärmetauscherfläche 26 aus. Über diese Wärmetauscherfläche kann thermische Energie von dem ersten Arbeitsfluid des ersten Kreislaufs 18 auf das zweite Arbeitsfluid des zweiten Kreislaufs 20 und/oder umgekehrt von dem zweiten Arbeitsfluid auf das erste Arbeitsfluid über die Wärmetauscherfläche 26 übertragen werden.
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Die Wärmetauscherfläche 26 bildet sich, indem an einem Bereich des zweiten Kreislaufs 20 um dessen Rohroberfläche, d.h. dessen Mantelfläche, eine zweite Mantelfläche in einem vorgegebenen Abstand angeordnet wird, sodass zwischen der zweiten Mantelfläche und der Mantelfläche des zweiten Kreislaufs 20 das erste Arbeitsfluid entlang der Mantelfläche des zweiten Kreislaufs 20 strömen kann. Mit anderen Worten bildet ein Teilbereich, ein Bereich einer Mantelfläche, des zweiten Kreislaufs die gemeinsame Wärmetauscherfläche 26 mit dem ersten Kreislauf 18 aus. Die gemeinsame Wärmetauscherfläche 26 verläuft in 3 axial entlang der elektrischen Maschine. Die Anordnung der Wärmetauscherfläche 26 kann jedoch auch an einer anderen Stelle der elektrischen Maschine 10 angeordnet und entsprechend anders, beispielsweise senkrecht zur Achse der elektrischen Maschine 10, angeordnet sein. Auch komplexere Anordnungen können möglich sein. Mit anderen Worten können beispielsweise die beiden Kreisläufe (erster 18 und zweiter Kreislauf 20) zusammen mit der Wärmetauscherfläche einen Wärmeübertrager bilden.
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Der erste Kreislauf 18 weist dabei eine Fördereinrichtung 22, welche beispielsweise als Pumpe ausgebildet sein kann, zum Fördern des den ersten Kreislauf 18 durchströmenden ersten Arbeitsfluids auf, wobei die Fördereinrichtung 22 in ein Gehäuse (in 3 nicht dargestellt) der elektrischen Maschine integriert sein kann. Der zweite Kreislauf 20 weist zusätzlich zu der Wärmetauscherfläche 26 einen Wärmetauscher (in 3 nicht dargestellt) auf, welcher stromaufwärts der Wärmetauscherfläche 26 angeordnet ist, mittels welchem thermische Energie von dem zweiten Arbeitsfluid an ein drittes Arbeitsfluid oder die Umgebung übertragbar ist.
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Im Betrieb der elektrischen Maschine 10 wird der erste Kreislauf 18 von einem ersten Arbeitsfluid und ein zweiter Kreislauf 20 von einem zweiten Arbeitsfluid durchströmt. Bei dem ersten Arbeitsfluid kann es sich beispielsweise um ein Öl, insbesondere ein Getriebeöl, handeln. Das zweite Arbeitsfluid kann ein Kältemittel darstellen, wobei es sich bei dem Kältemittel insbesondere um ein Wasser-Glykol-Gemisch handeln kann. Wie aus 3 ersichtlich, kann in die elektrische Maschine 10 ein Getriebe integriert sein, wobei der erste Kreislauf 18 ein Kühlkreislauf für das Getriebe und der zweite Kreislauf 20 ein Kühlkreislauf für den Rotor 16 und/oder für den Stator 14 und/oder für den Umrichter der elektrischen Maschine ist. Mit anderen Worten nimmt das erste Arbeitsfluid des ersten Kreislaufes 18 die thermischen Verluste aus dem Getriebe auf und gibt diese thermischen Verluste an das zweite Arbeitsfluid in dem zweiten Kreislauf 20 über die Wärmetauscherfläche 26 weiter, wohingegen das zweite Arbeitsfluid neben den thermischen Verlusten aus dem Getriebe auch die thermischen Verluste der elektrischen Maschine, insbesondere die thermischen Verluste des Motors und/oder des Umrichters, abnimmt und diese Verluste an die Umgebung und/oder ein drittes Arbeitsfluid abgibt.
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Beispielsweise kann diese thermische Energie (thermischer Verlust) mittels eines Wärmeübertrages, welcher stromauf der Wärmetauscherfläche 26 angeordnet ist und mit dem zweiten Kreislauf 20 gekoppelt ist, von dem zweiten Arbeitsfluid, das heißt dem Kältemittel, an ein drittes Arbeitsfluid und/oder die Umgebung übertragen werden. Bei dem dritten Arbeitsfluid kann es sich beispielsweise um Umgebungsluft oder ein gängiges Kältemittel handeln.
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In einer Ausführungsform kann thermische Energie in einer Aufwärmphase, beispielsweise in der Startphase des Motors, nur dann von dem zweiten Arbeitsfluid, das heißt dem Kältemittel, auf das erste Arbeitsfluid, das heißt dem Getriebeöl, übertragen werden, solange eine Temperatur des ersten Arbeitsfluids noch unter einer vorgegebenen Betriebstemperatur des ersten Arbeitsfluids liegt. In diesem Fall ist die Temperatur des ersten Arbeitsfluids in einer Startphase noch unterhalb einer Betriebstemperatur des ersten Arbeitsfluids, sodass das zweite Arbeitsfluid in der Startphase ein höheres Temperaturniveau aufweist, als das erste Arbeitsfluid, sodass thermische Energie von dem zweiten Arbeitsfluid auf das erste Arbeitsfluid übertragen wird. Dadurch erfolgt in der Startphase ein schnelles Erwärmen des ersten Arbeitsfluids, das heißt des Getriebeöls, und damit eine Reduzierung der Verluste des ersten Kreislaufs 18 in der Startphase.
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In einer weiteren Betriebsform der elektrischen Maschine 10 steigt die Temperatur des ersten Arbeitsfluids bedingt durch die thermischen Verluste des Getriebes oberhalb einer vorgegebenen Betriebstemperatur des ersten Arbeitsfluids. In diesem Fall wird thermische Energie von dem ersten Arbeitsfluid, das heißt dem Getriebeöl, auf das zweite Arbeitsfluid, das heißt das Kältemittel, übertragen, solange eine Temperatur des ersten Arbeitsfluids oberhalb der vorgegebenen Betriebstemperatur des zweiten Arbeitsfluids liegt. Somit steht das System immer im thermischen und dynamischen Gleichgewicht.
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In den 4 und 5 ist ein Gehäuse der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine dargestellt. 4 stellt eine Innenseite des Gehäuses der elektrischen Maschine dar. Dabei umfasst der Teil des Gehäuses 28 ein Lagerschild 30. Zudem kann in das Gehäuse eine Pumpe 22 des ersten Kreislaufs integriert sein. In 5 ist eine Außenseite des Gehäuses 28 der elektrischen Maschine 10 dargestellt.
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Insgesamt geht somit ein Motorkühlkreislauf als zusätzlicher Wärmetauscher zur Kühlung eines zweiten Kühlmediums hervor. Technisches Ziel der Erfindung ist es, den Kühlkreislauf eines elektrischen Motors als Wärmetauscher für die Kühlung eines anderen Kühlkreislaufs mit einem anderen Kühlmedium zu nutzen. Vorteile erreicht man dabei durch die Reduktion von Kühlschläuchen und eines zusätzlichen zweiten Wärmetauschers, was sich in Bauraum und Kosten (Material, Montage und zusätzliches Bauteil) bemerkbar macht. Die technische Problemlösung wird im Folgenden anhand einer Anwendung im Bereich Elektro- beziehungsweise Hybridfahrzeug näher beschrieben.
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Heute besteht das Kühlsystem von Umrichter und Motor aus einem Kühlkreislauf mit Wasser-/Glykol-Gemisch. Weiterhin wurde ein rotorintegriertes Getriebe entwickelt, das mit Öl gekühlt wird. Es werden dafür zwei Kühlkreisläufe mit zwei Wärmetauschern benötigt: Wasser-Glykol für Motor und Umrichter und eventuell weitere Komponenten und Öl für Getriebe.
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Stand der Technik ist es heute schon, dass Ölpumpen im Motorgehäuse integriert werden können. Ziel ist es, den bestehenden Wasser-Glykol-Kreislauf des Motors zur Kühlung des Getriebeöls zu nutzen. Dazu wird über den heute bestehenden Kühlmantel ein zweiter Mantel gezogen, in dem das Öl entlang des bestehenden Kühlers geführt wird. Die Anbindung des Kühlers an den Getriebekühlkreislauf kann unterschiedlich erfolgen: Zum einen wird die Anbindung über kurze Kühlschläuche und zum anderen über eine Anbindung über in die Mechanik (zum Beispiel Lagerschilde) integrierte Kühlkanäle. Der notwendige externe Kühler für das andere, vom Typ her unterschiedliche Kühlmedium (zum Beispiel Öl) wird Bestandteil des Motors. Der Kühlkreislauf für das andere Kühlmedium wird in das Motorgehäuse konstruktiv integriert, sodass keine zusätzlichen Leitungen oder sonstigen externen Verschaltungen der Leitungsführung mehr notwendig sind. Dadurch entsteht eine kompakte Bauweise, da ein zusätzlicher Ölkühler entfällt. Des Weiteren führt es zu einer Kostenreduktion beim Kühler durch Nutzung des Motors als eine Hälfte des Kühlers und zu einer Einsparung der externen Verrohrung und mechanischen Befestigung des externen Kühlers. Ein weiterer Vorteil ist das schnelle Erwärmen des Getriebeöls und damit eine Reduzierung der Getriebeverluste in der Startphase. Die Entwärmung vom Getriebeöl wird über den Wärmetauscher durch die hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser-Glykol sichergestellt.
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Insgesamt ist durch das Beispiel gezeigt, wie durch die Erfindung ein Motorkühlkreislauf als zusätzlicher Wärmetauscher zur Kühlung eines zweiten Kühlmediums bereitgestellt werden kann.
