DE102015012913A1

DE102015012913A1 - Cooling device for cooling an electrical machine

Info

Publication number: DE102015012913A1
Application number: DE102015012913.9A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Chernogorski; Peter Juris
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2017-04-06

Abstract

Kühleinrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine, wobei die Kühleinrichtung (1) mehrere Kühlrohre (2) mit jeweils einem ersten und einem zweiten Ende (3, 5) aufweist, die an ihrem ersten Ende (3) starr mit einem Rohrträger (4) verbunden sind, wobei die ersten Enden (3) der Kühlrohre (2) jeweils einen Kühlmittelzufluss (6), über den Kühlmittel durch den Rohrträger (4) zuführbar ist, und einen Kühlmittelabfluss (7), über den Kühlmittel durch den Rohrträger (4) abführbar ist, aufweisen und die zweiten Enden (5) der Kühlrohre (2) jeweils frei enden und verschlossen sind, wobei die Kühlrohre (2) jeweils einen ersten Kühlmittelkanal (13), der sich von dem Kühlmittelzufluss (6) zu dem zweiten Ende (5) erstreckt, und einen zweiten Kühlmittelkanal (15), der sich von dem zweiten Ende (5) zu dem Kühlmittelabfluss (7) erstreckt, aufweisen.Cooling device for cooling an electrical machine, wherein the cooling device (1) a plurality of cooling tubes (2) each having a first and a second end (3, 5), which are rigidly connected at its first end (3) with a pipe support (4) , wherein the first ends (3) of the cooling tubes (2) each have a coolant inflow (6), can be supplied via the coolant through the pipe support (4), and a coolant outflow (7) through which coolant through the pipe support (4) can be discharged , and the second ends (5) of the cooling tubes (2) each end freely and are closed, the cooling tubes (2) each having a first coolant channel (13) extending from the coolant inlet (6) to the second end (5). and a second coolant channel (15) extending from the second end (5) to the coolant outflow (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlereinrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine, wobei die Kühleinrichtung mehrere Kühlrohre mit jeweils einem ersten und einem zweiten Ende aufweist, die an ihrem ersten Ende starr mit einem Rohrträger verbunden sind. Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine.The invention relates to a cooler device for cooling an electrical machine, wherein the cooling device has a plurality of cooling tubes each having a first and a second end, which are connected at their first end rigidly connected to a pipe support. In addition, the invention relates to an electrical machine, a motor vehicle and a method for producing an electrical machine.

In vielen Einsatzgebieten elektrischer Maschinen, beispielsweise bei einer Nutzung als Antriebsmaschine eines Elektro- beziehungsweise Hybridfahrzeugs, soll eine kompakte und leichte Bauform der elektrischen Maschine und dennoch eine hohe Dauerbelastbarkeit erreicht werden. Ein begrenzender Faktor für die Dauerbelastbarkeit sind thermische Verluste am Rotor und am Stator. Für verschiedene Teile der elektrischen Maschine sind baubedingt gewisse Maximaltemperaturen vorgegeben, die nicht überschritten werden dürfen, beispielsweise eine Temperatur, ab der das Schmiermittel des Rotors geschädigt wird. Die Dauerbelastbarkeit der elektrischen Maschine ist somit bei vielen elektrischen Maschinen durch die Effizienz der Wärmabführung beschränkt.In many applications of electrical machines, for example, when used as a prime mover of an electric or hybrid vehicle, a compact and lightweight design of the electric machine and yet a high continuous load capacity is to be achieved. A limiting factor for the continuous load capacity are thermal losses at the rotor and at the stator. For certain parts of the electric machine certain maximum temperatures are given by design, which must not be exceeded, for example, a temperature from which the lubricant of the rotor is damaged. The continuous capacity of the electric machine is thus limited in many electrical machines by the efficiency of heat dissipation.

Zur Kühlung eines Stators einer elektrischen Maschine ist es bekannt, eine sogenannte Wassermantelkühlung zu nutzen, bei der Wasser mit einer relativ niedrigen Temperatur außenseitig am Statormantel vorbeigeführt wird. Problematisch ist es hingegen, eine effiziente Kühlung des Rotors zu erreichen. Kühlkonzepte, bei denen der Rotor direkt von einem Kühlfluid durchströmt oder mit diesem besprüht wird, sind zwar effektiv, jedoch technisch schwer umsetzbar und kostspielig. Das gleiche gilt auch für eine Kühlung des Rotors über eine kühlmitteldurchströmte Hohlwelle. Wird eine aktive Kühlung des Rotors jedoch nicht vorgesehen, muss die Verlustleistung über zwei thermische Pfade abgeführt werden, nämlich einerseits durch eine Wärmeleitung der Welle des Rotors und andererseits konvektiv über den Luftspalt zum Stator. In bekannten elektrischen Maschinen ist die am Rotor entstehende Abwärme daher ein wesentlicher begrenzender Faktor für die Dauerbelastbarkeit der elektrischen Maschine.For cooling a stator of an electrical machine, it is known to use a so-called water jacket cooling, wherein the water is passed with a relatively low temperature on the outside of the stator jacket. On the other hand, it is problematic to achieve efficient cooling of the rotor. Cooling concepts in which the rotor flows directly through or sprayed with a cooling fluid are effective, but technically difficult to implement and costly. The same applies to a cooling of the rotor via a coolant-flowed hollow shaft. However, if an active cooling of the rotor is not provided, the power loss must be dissipated via two thermal paths, namely on the one hand by a heat conduction of the shaft of the rotor and on the other hand convective over the air gap to the stator. In known electrical machines, the waste heat generated at the rotor is therefore a significant limiting factor for the continuous load capacity of the electric machine.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine anzugeben, die die Kühlung der elektrischen Maschine und insbesondere des Rotors verbessert.On this basis, the present invention seeks to provide a cooling device for cooling an electrical machine, which improves the cooling of the electric machine and in particular of the rotor.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühleinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei die ersten Enden der Kühlrohre jeweils einen Kühlmittelzufluss, über den Kühlmittel durch den Rohrträger zuführbar ist, und einen Kühlmittelabfluss, über den Kühlmittel durch den Rohrträger abführbar ist, aufweisen und die zweiten Enden der Kühlrohre jeweils frei enden und verschlossen sind, wobei die Kühlrohre jeweils einen ersten Kühlmittelkanal, der sich von dem Kühlmittelzufluss zu dem zweiten Ende erstreckt, und einen zweiten Kühlmittelkanal, der sich von dem zweiten Ende zu dem Kühlmittelabfluss erstreckt, aufweisen.The object is achieved by a cooling device of the aforementioned type, wherein the first ends of the cooling tubes each have a coolant flow, can be supplied via the coolant through the pipe support, and a coolant outflow, is discharged through the coolant through the pipe support, and the second ends each of the cooling tubes is free end and closed, the cooling tubes each having a first coolant channel extending from the coolant inlet to the second end, and a second coolant channel extending from the second end to the coolant outlet.

Die Kühlrohre sind vorzugsweise parallel und/oder gerade. Es können wenigstens drei oder wenigstens sechs Kühlrohre vorgesehen werden. Die Kühlrohre können derart ausgebildet sein, dass ein Kühlmittelaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmittelkanal im Kühlrohr ausschließlich am zweiten Ende möglich ist. Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass die Kühlrohre zwischen einem Rotor und einem Stator einer elektrischen Maschine anordenbar sind, wobei die Kühleinrichtung rotationsfest bezüglich des Stators anordenbar sein kann. In diesem Fall wird eine Kühlung des dem Rotor zugewandten Bereichs des Stators sowie der Luft im Luftspalt zwischen Rotor und Stator erreicht.The cooling tubes are preferably parallel and / or straight. At least three or at least six cooling tubes can be provided. The cooling tubes can be designed such that a coolant exchange between the first and the second coolant channel in the cooling tube is possible only at the second end. The cooling device according to the invention can be designed in such a way that the cooling tubes can be arranged between a rotor and a stator of an electric machine, wherein the cooling device can be arranged so as to be rotationally fixed relative to the stator. In this case, a cooling of the rotor-facing region of the stator and the air in the air gap between the rotor and stator is achieved.

Wie eingangs erläutert führt einer der thermischen Pfade zur Abfuhr von Wärme vom Rotor über den Luftspalt. Die Wärmemenge, die über diesen Luftspalt abführbar ist, hängt zum einen von dem thermischen Widerstand zwischen Rotor und Stator und zum anderen von dem Temperaturunterschied zwischen dem Rotor und dem Stator beziehungsweise der Kühleinrichtung ab. Der thermische Widerstand zwischen einem Stator und einem Rotor kann beispielsweise drehzahlabhängig zwischen 0,4 und 0,15 K/W liegen. Die maximal zulässige Temperatur des Rotors beträgt, insbesondere in Abhängigkeit des verwendeten Schmiermittels, etwa 200°C. Bei hochbelasteten Maschinen beträgt die Wicklungstemperatur der Spulen am Stator, auch bei einer Nutzung einer Wassermantelkühlung, circa 140°C. Die Temperaturdifferenz zwischen Stator und Rotor beträgt daher 60 K, womit circa 9 bis 24 W Wärmeleistung abgeführt werden können. Wird die erfindungsgemäße Kühleinrichtung im Luftspalt angeordnet, kann die Bezugstemperatur für den Wärmetransport beispielsweise auf 30°C gesenkt werden, womit die Temperaturdifferenz 170 K beträgt und eine Wärmeleistung von 25 bis 68 W abgeführt werden kann. Die Nutzung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung kann somit die abführbare Verlustleistung nahezu verdreifachen.As explained above, one of the thermal paths leads to the removal of heat from the rotor via the air gap. The amount of heat that can be dissipated via this air gap depends on the one hand on the thermal resistance between the rotor and stator and on the other hand on the temperature difference between the rotor and the stator or the cooling device. The thermal resistance between a stator and a rotor, for example, depending on the speed between 0.4 and 0.15 K / W are. The maximum permissible temperature of the rotor is, in particular depending on the lubricant used, about 200 ° C. For heavily loaded machines, the winding temperature of the coils on the stator, even when using a water jacket cooling, is approximately 140 ° C. The temperature difference between stator and rotor is therefore 60 K, which allows about 9 to 24 W heat output can be dissipated. If the cooling device according to the invention is arranged in the air gap, the reference temperature for the heat transfer, for example, be lowered to 30 ° C, whereby the temperature difference is 170 K and a heat output of 25 to 68 W can be dissipated. The use of the cooling device according to the invention can thus almost triple the dissipated power loss.

Die Kühlrohre können einen zylinderförmigen Käfig bilden. Der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Kühlrohren kann für alle Paare von benachbarten Kühlrohren gleich sein. Der Rohrträger kann ringförmig sein. Der Ring kann zwei Stirnseiten aufweisen, wobei die Kühlrohre an einer der beiden Stirnseiten des Rings angeordnet sind.The cooling tubes can form a cylindrical cage. The distance between each two adjacent cooling tubes may be the same for all pairs of adjacent cooling tubes. The pipe support may be annular. The ring may have two end faces, wherein the cooling tubes are arranged on one of the two end sides of the ring.

Die Anordnung der Kühlrohre in Form eines zylinderförmigen Käfigs entspricht einer Anpassung der Kühleinrichtung an eine Struktur eines Stators mit mehreren von einem ringförmigen Grundkörper abstehenden Statorzähnen. Durch eine derartige Ausbildung können die Kühlrohre zwischen den Statorzähnen eines Stators angeordnet werden. Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung kann dabei derart ausgebildet sein, dass sie nach einem Aufbringen von Wicklungen auf die Statorzähne in die Axialrichtung des Stators in den Stator einführbar ist, oder dass der Stator mit den aufgebrachten Wicklungen in Axialrichtung in den durch die Kühlrohre gebildeten zylinderförmigen Käfig axial einführbar ist. Die Kühlrohre können jeweils an der dem Rotor zugewandten Seite des Stators angeordnet werden, sodass sie bei einer Ausbildung der elektrischen Maschine als Außenläufer an der Außenseite des Stators und bei einer Ausbildung der elektrischen Maschine als Innenläufer an der Innenseite des Stators verlaufen können. The arrangement of the cooling tubes in the form of a cylindrical cage corresponds to an adaptation of the cooling device to a structure of a stator having a plurality of stator teeth projecting from an annular base body. Such a design, the cooling tubes can be arranged between the stator teeth of a stator. The cooling device according to the invention can be designed such that it can be introduced into the stator after an application of windings on the stator teeth in the axial direction of the stator, or that the stator with the applied windings in the axial direction in the cylindrical cage formed by the cooling tubes axially insertable is. The cooling tubes can each be arranged on the rotor-facing side of the stator, so that they can run as an external rotor on the outside of the stator and in an embodiment of the electrical machine as an internal rotor on the inside of the stator in an embodiment of the electrical machine.

Der erste und der zweite Kühlkanal können in jedem der Kühlrohre jeweils parallel verlaufen.The first and second cooling channels may each be parallel in each of the cooling tubes.

In jedem der Kühlrohre kann der erste Kühlmittelkanal entlang der der Außenseite des Käfigs zugewandten Oberfläche des Kühlrohrs und der zweite Kühlmittelkanal entlang der der Innenseite des Käfigs zugewandten Oberfläche des Kühlrohrs verlaufen oder umgekehrt. Das Kühlmittel im zweiten Kühlmittelkanal weist typischerweise eine höhere Temperatur auf als das Kühlmittel im ersten Kühlmittekanal, da es bereits Wärme vom Stator und/oder vom Rotor aufgenommen hat. Soll durch die Kühleinrichtung der Rotor gekühlt werden, ist es vorteilhaft, den ersten Kühlmittelkanal, der das typischerweise kältere Kühlmittel führt, entlang des Luftspaltes zu führen. Umgekehrt wäre es möglich, die Kühlleistung im Bereich der Spulen zu konzentrieren, indem der erste Kühlmittelkanal entlang der dem Luftspalt abgewandten Seite des jeweiligen Kühlrohrs geführt wird.In each of the cooling tubes, the first coolant channel may run along the outside of the cage facing surface of the cooling tube and the second coolant channel along the inside of the cage facing surface of the cooling tube or vice versa. The coolant in the second coolant channel typically has a higher temperature than the coolant in the first coolant channel, since it has already absorbed heat from the stator and / or from the rotor. If the rotor is to be cooled by the cooling device, it is advantageous to guide the first coolant channel, which leads the typically colder coolant, along the air gap. Conversely, it would be possible to concentrate the cooling power in the region of the coils by guiding the first coolant channel along the side of the respective cooling tube facing away from the air gap.

Jedes der Kühlrohre kann eine erste und eine zweite Komponente umfassen, wobei die erste Komponente ein Innenvolumen begrenzt, das abgesehen von dem ersten Ende allseitig abgeschlossen ist, wobei die zweite Komponente in die erste Komponente eingeschoben ist und das Innenvolumen zur Ausbildung des ersten und des zweiten Kühlmittelkanals unterteilt.Each of the cooling tubes may include a first and a second component, the first component defining an interior volume that is sealed off all but the first end, the second component being inserted into the first component and the interior volume forming the first and second ones Coolant channel divided.

Die zweite Komponente kann derart in die erste Komponente eingeschoben sein, dass sich die zweite Komponente nicht bis zu einer durch die erste Komponente gebildeten Wand am zweiten Ende des Kühlrohrs erstreckt, womit ein Kühlmittelaustausch am zweiten Ende erreicht wird. Die Kühleinrichtung kann insbesondere eine erste Komponente umfassen, die das Innenvolumen aller Kühlrohre begrenzt und wenigstens eine Wand des Rohrträgers ausbildet. Es ist möglich, dass eine einzelne zweite Komponente das Innenvolumen mehrerer oder aller der Kühlrohre in den jeweiligen ersten und zweiten Kühlmittelkanal unterteilt, es kann jedoch eine separate zweite Komponente für jedes der Kühlrohre verwendet werden. Die zweite Komponente kann aus Kunststoff bestehen.The second component may be inserted into the first component such that the second component does not extend to a wall formed by the first component at the second end of the cooling tube, thereby achieving coolant exchange at the second end. The cooling device may in particular comprise a first component which limits the internal volume of all the cooling tubes and forms at least one wall of the tubular support. It is possible for a single second component to divide the interior volume of a plurality or all of the cooling tubes into the respective first and second coolant channels, however, a separate second component may be used for each of the cooling tubes. The second component may be made of plastic.

Die erste Komponente kann aus einem anderen Material bestehen als die zweite Komponente, beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, Aluminium oder Kupfer. Sind die erste und/oder die zweite Komponente aus einem leitfähigen Material gebildet, so können sie insbesondere geblecht sein, um die Ausbildung von Wirbelströmen zu unterdrücken.The first component may be made of a different material than the second component, for example of metal, in particular of steel, aluminum or copper. If the first and / or the second component are formed from a conductive material, they may in particular be laminated in order to suppress the formation of eddy currents.

Jedes der Kühlrohre und/oder die gesamte Kühleinrichtung kann auch einteilig ausgebildet sein. Die Kühlrohre und/oder die gesamte Kühleinrichtung kann durch 3D-Druck und/oder durch Gießen hergestellt sein.Each of the cooling tubes and / or the entire cooling device can also be formed in one piece. The cooling tubes and / or the entire cooling device can be produced by 3D printing and / or by casting.

Der Rohrträger kann einen Kühlmittelverteiler, der einen ersten Anschluss des Rohrträgers parallel mit den Kühlmittelzuflüssen der Kühlrohre verbindet, und einen Kühlmittelsammler, der einen zweiten Anschluss des Rohrträgers parallel mit den Kühlmittelabflüssen der Kühlrohre verbindet, umfassen.The pipe support may include a coolant manifold connecting a first port of the pipe support in parallel with the coolant inflows of the cooling pipes, and a coolant collector connecting a second port of the pipe support in parallel with the coolant outlets of the cooling pipes.

Neben der Kühleinrichtung betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, die einen Rotor, einen Stator mit mehreren von einer ringförmigen Grundform abstehenden Statorzähnen und mehrere an den Statorzähnen angeordnete Spulen umfasst, wobei die elektrische Maschine eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung umfasst. Die Kühleinrichtung kann drehfest mit dem Stator verbunden sein. Vorzugsweise verlaufen die Kühlrohre entlang der dem Rotor zugewandten Seite des Stators. Die Kühlrohre können zwischen jeweils zwei der Statorzähne angeordnet sein.In addition to the cooling device, the invention relates to an electrical machine comprising a rotor, a stator having a plurality of stator teeth projecting from an annular basic shape and a plurality of coils arranged on the stator teeth, wherein the electrical machine comprises a cooling device according to the invention. The cooling device may be non-rotatably connected to the stator. Preferably, the cooling tubes extend along the rotor-facing side of the stator. The cooling tubes may be arranged between each two of the stator teeth.

In jedem der Kühlrohre kann der erste Kühlmittekanal entlang der dem Rotor zugewandten Oberfläche des Kühlrohrs und der zweite Kühlmittelkanal entlang der dem Stator zugewandten Oberfläche des Kühlrohrs verlaufen. Da das Kühlmittel im ersten Kühlmittelkanal typischerweise geringere Temperaturen aufweist als das Kühlmittel im zweiten Kühlmittelkanal, da es noch nicht durch Abwärme erwärmt wurde, wird hierdurch eine stärkere Kühlung des Luftspalts und somit des Rotors erreicht.In each of the cooling tubes, the first coolant passage may extend along the rotor facing surface of the cooling tube and the second coolant channel along the stator facing surface of the cooling tube. Since the coolant in the first coolant channel typically has lower temperatures than the coolant in the second coolant channel, since it has not yet been heated by waste heat, this results in greater cooling of the air gap and thus of the rotor.

Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst. Die elektrische Maschine kann als Antriebsmaschine und/oder zur elektrischen Drehmomentverteilung genutzt werden.The invention also relates to a motor vehicle comprising an electric machine according to the invention. The electric machine can be used as a drive machine and / or for electrical torque distribution.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, umfassend die Schritte:

– Bereitstellen eines Stators mit mehreren von einer ringförmigen Grundform abstehenden Statorzähnen und mehreren an den Statorzähnen angeordneten Spulen,
– Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung,
– Einschieben der Kühleinrichtung in den Stator oder des Stators in die Kühleinrichtung in Axialrichtung des Stators derart, dass jeweils eines der Kühlrohre zwischen zwei der Statorzähne angeordnet wird.

In addition, the invention relates to a method for producing an electrical machine, comprising the steps:

Providing a stator with a plurality of stator teeth projecting from an annular basic shape and a plurality of coils arranged on the stator teeth,
Providing a cooling device according to the invention,
- Insertion of the cooling device in the stator or the stator in the cooling device in the axial direction of the stator such that in each case one of the cooling pipes between two of the stator teeth is arranged.

Das Einschieben der Kühleinrichtung in den Stator bzw. des Stators in die Kühleinrichtung nach dem Aufbringen von Spulen führt dazu, dass die Wicklungen der Spulen verdichtet werden, womit eine bessere thermische Kopplung der Wicklungen an die Kühleinrichtung und die Statorzähne erreicht werden kann. Hiermit wird die Kühlung der elektrischen Maschine weiter verbessert.The insertion of the cooling device into the stator or the stator into the cooling device after the application of coils results in that the windings of the coils are compressed, whereby a better thermal coupling of the windings to the cooling device and the stator teeth can be achieved. This further improves the cooling of the electrical machine.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:Further advantages and details of the invention will become apparent from the following embodiments and the accompanying drawings. Here are shown schematically:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung; 1 an embodiment of a cooling device according to the invention;

2 eine geschnittene Ansicht des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels entlang der Linie II-II; 2 a sectional view of the in 1 shown embodiment along the line II-II;

3 eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, und 3 a detailed view of an electric machine according to the invention, and

4 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug. 4 an inventive motor vehicle.

1 zeigt eine Kühleinrichtung 1 zur Kühlung einer elektrischen Maschine. Ein Schnitt entlang der Achse II-II ist in 2 dargestellt. Die Kühleinrichtung 1 weist mehrere Kühlrohre 2 auf, die einen zylinderförmigen Käfig bilden. Die Rohre sind jeweils an einem ersten Ende 3 starr mit einem Rohrträger 4 verbunden. Ein zweites Ende 5 endet frei. Jedes der Kühlrohre 2 weist an dem ersten Ende 3 einen Kühlmittelzufluss 6 und einen Kühlmittelabfluss 7 auf. Die Strömung des Kühlmittels durch das Kühlrohr 2 ist in 2 durch die Pfeile 8 dargestellt. 1 shows a cooling device 1 for cooling an electrical machine. A section along the axis II-II is in 2 shown. The cooling device 1 has several cooling tubes 2 which form a cylindrical cage. The tubes are each at a first end 3 rigid with a pipe support 4 connected. A second end 5 ends free. Each of the cooling pipes 2 points to the first end 3 a coolant flow 6 and a coolant drain 7 on. The flow of coolant through the cooling tube 2 is in 2 through the arrows 8th shown.

Der Rohrträger 4 weist einen Kühlmittelverteiler 9 auf, der einen ersten Anschluss 10 des Rohrträgers 4 parallel mit den Kühlmittelzuflüssen 6 der Kühlrohre 2 verbindet. Daneben weist der Rohrträger 4 einen Kühlmittelsammler 11 auf, der einen zweiten Anschluss 12 des Rohrträgers 4 parallel mit den Kühlmittelabflüssen 7 der Kühlrohre 2 verbindet. Über den ersten Anschluss 10 zugeführtes Kühlmittel wird über den Kühlmittelverteiler 9 zunächst parallel zu den ersten Kühlmittelkanälen 13 der Kühlrohre 2 geführt, in einem Bereich 14 am jeweiligen zweiten Ende 5 des Kühlrohrs 2 umgelenkt und über einen zweiten Kühlmittelkanal 15 in den Kühlmittesammler 11 zurückgeführt, von wo aus es über den zweiten Anschluss 12 abgeführt werden kann.The pipe support 4 has a coolant distributor 9 on, the first connection 10 of the pipe carrier 4 parallel with the coolant inflows 6 the cooling pipes 2 combines. Next to it is the pipe support 4 a coolant collector 11 on, the second connection 12 of the pipe carrier 4 parallel with the coolant outlets 7 the cooling pipes 2 combines. About the first connection 10 supplied coolant is through the coolant distributor 9 initially parallel to the first coolant channels 13 the cooling pipes 2 led, in an area 14 at the respective second end 5 of the cooling tube 2 deflected and via a second coolant channel 15 into the coolant collector 11 returned from where it is via the second port 12 can be dissipated.

Die in den 1 und 2 dargestellte Kühleinrichtung 1 ist mehrteilig ausgebildet, wobei eine erste Komponente 16 sowohl die Kühlrohre als auch eine erste Wand 17 des Rohrträgers 4 ausbildet. In diese erste Komponente ist eine zweite Komponente 18 eingeschoben, die derart gestützt ist, dass sie im Bereich 14 am zweiten Ende 5 des Kühlrohrs 2 von der ersten Komponente 16 beabstandet ist, sodass im Bereich 14 ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem ersten Kühlmittelkanal 13 und dem zweiten Kühlmittelkanal 15 möglich ist. Die Kühleinrichtung ist durch eine Rückwand 19 abgeschlossen, die die Anschlüsse 10, 12 umfasst. Die erste und/oder die zweite Komponente 16, 18 können aus Metall, beispielsweise aus Stahl, oder aus Kunststoff gebildet sein.The in the 1 and 2 illustrated cooling device 1 is formed in several parts, wherein a first component 16 both the cooling tubes and a first wall 17 of the pipe carrier 4 formed. In this first component is a second component 18 which is supported in such a way that it is in the area 14 at the second end 5 of the cooling tube 2 from the first component 16 is spaced, so in the area 14 a liquid exchange between the first coolant channel 13 and the second coolant channel 15 is possible. The cooling device is through a rear wall 19 completed the connections 10 . 12 includes. The first and / or the second component 16 . 18 may be formed of metal, for example of steel, or of plastic.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel wäre es möglich, die gesamte Kühleinrichtung 1 oder zumindest die einzelnen Kühlrohre 2 einschließlich einer Unterteilung in einen ersten Kühlmittelkanal 13 und einen zweiten Kühlmittekanal 15 einteilig auszubilden. Dies ist durch 3D-Druck oder Gießen möglich.In an alternative embodiment, it would be possible to use the entire cooling device 1 or at least the individual cooling tubes 2 including a subdivision into a first coolant channel 13 and a second coolant passage 15 to train in one piece. This is possible through 3D printing or casting.

3 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer elektrischen Maschine 20 mit einem Stator 21 und einem Rotor 22. Der Stator 21 weist mehrere Statorzähne 23 auf, die von einer ringförmigen Grundform des Stators 21 abstehen. Zwischen den Statorzähnen 23 sind die nur schematisch dargestellten Wicklungen 24 von Spulen angeordnet. 3 shows a sectional partial view of an electrical machine 20 with a stator 21 and a rotor 22 , The stator 21 has several stator teeth 23 on, by an annular basic shape of the stator 21 protrude. Between the stator teeth 23 are the windings shown only schematically 24 arranged by coils.

Um den Rotor 22 zu kühlen, weist die elektrische Maschine 20 eine Kühleinrichtung 1 auf, wie sie mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben ist. Aufgrund der geschnittenen Darstellung sind in 3 nur die Kühlrohre 2 mit den jeweils in den Kühlrohren 2 verlaufenden ersten und zweiten Kühlmittelkanälen 13, 15 dargestellt. Die Kühlmittelkanäle 13, 15 verlaufen parallel, wobei der erste Kühlmittekanal 13 jeweils entlang der dem Rotor 22 zugewandten Oberfläche des Kühlrohrs 2 und der zweite Kühlmittelkanal 15 jeweils entlang der dem Stator 21 zugewandten Oberfläche des Kühlrohrs 2 verläuft. Da das Kühlmittel zunächst durch den ersten Kühlmittelkanal 13 und erst im Anschluss durch den zweiten Kühlmittelkanal 15 geführt wird, ist das Kühlmittel im ersten Kühlmittelkanal 13 kühler als das Kühlmittel im zweiten Kühlmittekanal 15, womit mit der dargestellten Anordnung eine besonders effiziente Kühlung des Luftspalts 25 beziehungsweise des Rotors 22 erreicht wird.To the rotor 22 To cool, the electric machine instructs 20 a cooling device 1 on how they relate to 1 and 2 is described. Due to the cut representation are in 3 only the cooling pipes 2 with each in the cooling tubes 2 extending first and second coolant channels 13 . 15 shown. The coolant channels 13 . 15 run parallel, wherein the first Kühlmittekanal 13 each along the rotor 22 facing surface of the cooling tube 2 and the second coolant channel 15 each along the stator 21 facing surface of the cooling tube 2 runs. Since the coolant is first through the first coolant channel 13 and only then through the second coolant channel 15 is guided, the coolant in the first coolant channel 13 cooler than the coolant in the second coolant channel 15 , whereby with the illustrated arrangement a particularly efficient cooling of the air gap 25 or the rotor 22 is reached.

4 zeigt ein Kraftfahrzeug 26, das eine in 3 dargestellte elektrische Maschine 20 als Antriebsmaschine umfasst. Das Kraftfahrzeug 26 umfasst die elektrische Maschine 20, die die Kühleinrichtung 1 aufweist, wie sie mit Bezug auf 1 und 2 erläutert wurde. Die in 4 nicht dargestellten Kühlrohre der Kühleinrichtung 1 sind in den Stator 21 der elektrischen Maschine 20 eingeführt, sodass ausschließlich der Rohträger 4 der Kühleinrichtung 1 über den Stator 21 hinausragt. Der Kühleinrichtung 1 wird über eine Leitung 27 Kühlflüssigkeit zugeführt, die durch einen Kühler 28 zuvor gekühlt wurde. Ein Umlauf der Kühlflüssigkeit wird durch eine an der Leitung 27 angeordnete Pumpe 29 aufrecht erhalten. Eine Rückführung des erwärmten Kühlmittels von der Kühleinrichtung 1 zum Kühler 28 erfolgt durch die Rückleitung 30. 4 shows a motor vehicle 26 that one in 3 illustrated electrical machine 20 as a prime mover. The car 26 includes the electric machine 20 that the cooling device 1 as they relate to 1 and 2 was explained. In the 4 not shown cooling pipes of the cooling device 1 are in the stator 21 the electric machine 20 introduced so that only the raw beam 4 the cooling device 1 over the stator 21 protrudes. The cooling device 1 is over a line 27 Coolant supplied by a cooler 28 previously cooled. A circulation of the cooling liquid is by a on the line 27 arranged pump 29 maintained. A return of the heated coolant from the cooling device 1 to the radiator 28 takes place through the return line 30 ,

In einem alternativen Ausführungsbeispiel wäre es möglich, dass der Kühlmittelkreislauf zusätzlich Kompressoren oder Expander umfasst, um eine Zuführung des Kühlmittels zur Kühleinrichtung 1 mit einer Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur zu ermöglichen. Als Kühlmittel kann beispielweise R134A eingesetzt werden, das einen Siedepunkt von –26°C besitzt. Alternativ können als Kühlmittel z. B. Kohlendioxid, Ammoniak oder Propan genutzt werden.In an alternative embodiment, it would be possible for the coolant circuit to additionally include compressors or expanders for supplying the coolant to the cooling device 1 with a temperature below the ambient temperature. As a coolant, for example, R134A can be used, which has a boiling point of -26 ° C. Alternatively, as a coolant z. As carbon dioxide, ammonia or propane can be used.

Claims

Cooling device for cooling an electrical machine, wherein the cooling device ( 1 ) several cooling tubes ( 2 ) each having a first and a second end ( 3 . 5 ), which at its first end ( 3 ) rigidly with a pipe support ( 4 ), characterized in that the first ends ( 3 ) of the cooling tubes ( 2 ) each have a coolant inflow ( 6 ), via the coolant through the pipe support ( 4 ), and a coolant outflow ( 7 ), via the coolant through the pipe support ( 4 ) is dischargeable, and the second ends ( 5 ) of the cooling tubes ( 2 ) each free end and are closed, wherein the cooling tubes ( 2 ) each have a first coolant channel ( 13 ), which differs from the coolant inflow ( 6 ) to the second end ( 5 ), and a second coolant channel ( 15 ) extending from the second end ( 5 ) to the coolant outflow ( 7 ).

Cooling device according to claim 1, characterized in that the cooling tubes ( 2 ) form a cylindrical cage.

Cooling device according to claim 2, characterized in that in each of the cooling tubes ( 2 ) the first coolant channel ( 13 ) along the outside of the cage facing surface of the cooling tube ( 2 ) and the second coolant channel ( 15 ) along the inside of the cage facing surface of the cooling tube ( 2 ) runs or vice versa.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that each of the cooling tubes ( 2 ) a first and a second component ( 16 . 18 ), wherein the first component ( 16 ) limits an internal volume which apart from the first end ( 3 ) is completed on all sides, the second component ( 18 ) into the first component ( 16 ) is inserted and the internal volume for forming the first and the second coolant channel ( 13 . 15 ).

Cooling device according to claim 4, characterized in that the second component ( 18 ) consists of plastic.

Cooling device according to claim 4 or 5, characterized in that the first component ( 16 ) consists of a different material than the second component ( 18 ).

Cooling device according to one of claims 1 to 3, characterized in that each of the cooling tubes ( 2 ) and / or the entire cooling device ( 1 ) is formed in one piece.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe support ( 4 ) a coolant distributor ( 9 ), a first connection of the pipe support ( 10 ) in parallel with the coolant inflows ( 6 ) of the cooling tubes ( 2 ), and a coolant collector ( 11 ), which has a second connection ( 12 ) of the pipe support ( 4 ) in parallel with the coolant outlets ( 7 ) of the cooling tubes ( 2 ) includes.

Electric machine having a rotor ( 22 ), a stator ( 21 ) having a plurality of annular teeth projecting from an annular basic shape ( 23 ) and several on the stator teeth ( 23 ), characterized in that the electric machine ( 20 ) a cooling device ( 1 ) according to any one of the preceding claims.

Electrical machine according to claim 9, characterized in that the cooling device ( 1 ) rotatably with the stator ( 21 ) connected is.

Electrical machine according to claim 10, characterized in that the cooling tubes ( 2 ) along the rotor ( 22 ) facing side of the stator ( 21 ).

Electrical machine according to claim 11, characterized in that between each two of the stator teeth ( 23 ) one of the cooling tubes ( 2 ) is arranged.

Electrical machine according to claim 11 or 12, characterized in that in each of the cooling tubes ( 2 ) the first coolant channel ( 13 ) along the rotor ( 22 ) facing surface of the cooling tube ( 2 ) and the second coolant channel ( 15 ) along the stator ( 21 ) facing surface of the cooling tube extends.

Motor vehicle, characterized in that it is an electric machine ( 20 ) according to any one of claims 9 to 13.

Method for producing an electrical machine, comprising the steps of: - providing a stator ( 21 ) having a plurality of annular teeth projecting from an annular basic shape ( 23 ) and several on the stator teeth ( 23 ) arranged coils, - providing a cooling device ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, - insertion of the cooling device ( 1 ) in the stator ( 21 ) or the stator ( 21 ) in the cooling device ( 1 ) in the axial direction of the stator ( 21 ) such that in each case one of the cooling tubes ( 2 ) between two stator teeth ( 23 ) is arranged.