DE102015211162A1

DE102015211162A1 - Anordnung zum Kühlen eines Leistungsmoduls

Info

Publication number: DE102015211162A1
Application number: DE102015211162.8A
Authority: DE
Inventors: Richard Friede
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-12-22
Also published as: CN106257973B; CN106257973A

Abstract

Es wird eine Anordnung zum Kühlen eines Leistungsmoduls (1) einer elektrischen Maschine mit einem länglichen Aufnahmegehäuse (2) vorgeschlagen, wobei das Leistungsmodul (1) derart befestigt ist, dass der zu kühlende Bereich des Leistungsmoduls (1) einem mit Kühlmittel durchströmten Innenraum (3) des Aufnahmegehäuses (2) zugewandt ist, wobei als Kühlmitteleinlass ein mit dem Innenraum (3) des Aufnahmegehäuses (2) über eine Einströmöffnung verbundener Einströmbereich (4) und als Kühlmittelauslass ein mit dem Innenraum (3) des Aufnahmegehäuses (2) über eine Ausströmöffnung verbundener Ausströmbereich (5) vorgesehen sind, und wobei die Einströmöffnung und/oder die Ausströmöffnung als ein den Strömungsquerschnitt des Kühlmittelstromes verringernder Abschnitt ausgeführt sind, dem ein die Strömungsrichtung des Kühlmittelstromes verändernder Umlenkbereich zugeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen eines Leistungsmoduls gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Derartige Anordnungen sind aus der Fahrzeugtechnik bekannt. Das zu kühlende Leistungsmodul ist an einem Aufnahmegehäuse befestigt, wobei der zu kühlende Bereich des Leistungsmoduls in eine Kühlstruktur bzw. in einen mit Kühlmittel durchströmten Kühlwasserkanal im Innenraum des Aufnahmegehäuses hineinragt. Das Kühlmittel tritt an der Stirnseite ein und durchströmt den Innenraum in Längsrichtung des Leistungsmoduls bzw. des Aufnahmegehäuses. Hierzu sind ein Einströmbereich an einem Ende und ein Ausströmbereich an dem gegenüberliegenden Ende des Aufnahmegehäuses vorgesehen.
Es hat sich gezeigt, dass durch die horizontale Kühlmittelströmung insbesondere im Bereich der Einströmöffnung in den Innenraum und der Ausströmöffnung aus dem Innenraum Bereiche vorgesehen werden, die von der Kühlmittelströmung nicht oder nur unzureichend versorgt werden. Durch diese sogenannten Totwassergebiete werden Bereiche des Leitungsmoduls nicht oder nur ungenügend gekühlt. Gleichzeitig kann bei horizontaler Einbaulage in diesen Bereichen ein Lufteinschluss beim Befüllen erzeugt werden, welches die Kühlwirkung weiter reduziert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der Bereiche mit verminderter Kühlwirkung verhindert oder minimiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Somit wird eine Anordnung zum Kühlen eines Leistungsmoduls bzw. einer Leistungselektronik oder dergleichen einer elektrischen Maschine mit einem länglichen Aufnahmegehäuse vorgeschlagen, wobei das Leistungsmodul derart befestigt ist, dass der zu kühlende Bereich des Leistungsmoduls einem mit Kühlmittel durchströmten Innenraum des Aufnahmegehäuses zugewandt ist. Als Kühlmitteleinlass ist ein mit dem Innenraum des Aufnahmegehäuses über eine Einströmöffnung verbundener Einströmbereich und als Kühlmittelauslass ist ein mit dem Innenraum des Aufnahmegehäuses über eine Ausströmöffnung verbundener Ausströmbereich vorgesehen.
Eine optimierte Anströmung des Leistungsmoduls im Innenraum des Aufnahmegehäuses wird dadurch realisiert, dass die Einströmöffnung und/oder die Ausströmöffnung als ein den Strömungsquerschnitt des Kühlmittelstromes verringernder Abschnitt ausgeführt sind, dem ein die Strömungsrichtung des Kühlmittelstromes verändernder Umlenkbereich zugeordnet ist.
Auf diese Weise wird der Kühlmittelstrom durch den die Strömungsrichtung verändernden Umlenkbereich zunächst vor dem den Strömungsquerschnitt verringernden Abschnitt gesammelt und überströmt mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit diesen Abschnitt. Danach wird der Kühlmittelstrom durch den die Strömungsrichtung verändernden Umlenkbereich entsprechend umgelenkt, so dass der Kühlmittelstrom direkt auf den zu kühlenden Bereich des Leistungsmoduls bzw. in den Auslass des Ausströmbereiches geleitet wird. Vorzugsweise ist der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung jeweils ein Umlenkbereich zugeordnet.
Durch den der Einströmöffnung zugeordneten Umlenkbereich wird erst nach dem Auftreffen auf den zu kühlenden Bereich bzw. auf die Unterseite des in den Innenraum des Aufnahmegehäuses hineinragenden Bereiches des Leistungsmoduls der Kühlmittelstrom parallel zur Kühlfläche bzw. zu dem zu kühlenden Bereich des Leistungsmoduls geführt. Dadurch werden Totwassergebiete verhindert und ebenfalls mit Kühlmittel direkt angeströmt. Möglicherweise vorhandene Lufteinschlüsse werden durch den Kühlmittelstrom aus dem Innenraum hinaus befördert. Somit wird nicht nur eine verbesserte Anströmung der gesamten zu kühlenden Struktur des Leistungsmoduls erreicht, sondern auch eine verbesserte Entlüftbarkeit des Innenraumes des Aufnahmegehäuses realisiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der den Strömungsquerschnitt verringernde Abschnitt als bezogen auf die Längsrichtung des Aufnahmegehäuses quer verlaufener Einströmschlitz bzw. Ausströmschlitz oberhalb des Bodens des Einströmbereiches bzw. des Ausströmbereiches vorgesehen ist. Der Einströmschlitz und der Ausströmschlitz können z.B. durch eine zum Bodenbereich gerichtete Anhebung oder dergleichen realisiert werden.
Der einen vorbestimmten Radius aufweisende Umlenkbereich ist beispielsweise in Längsrichtung an den Einströmschlitz bzw. an den Ausströmschlitz angeformt, sodass der Umlenkbereich und der Einströmschlitz bzw. der Ausströmschlitz einen im Winkel ausgeführten Durchbruch bilden, der zum Beispiel durch eine spanende Bearbeitung zum in Richtung des Innenraumes freigesparten Bereich für die Kühlung des Leistungsmoduls bzw. für den Auslass geöffnet wird oder durch Fertigung im Druckguss mit Schiebern oder im Druckguss mit einem steileren Winkel des Durchbruchs durch Entformung in zwei Richtungen realisierbar ist. Die Einströmung bzw. Anströmung des Kühlmittels in den Sammelbereich vor dem Einströmschlitz kann aus jeder Richtung erfolgen, je nachdem, welche Einbausituation und somit welcher verfügbarer Bauraum vorliegt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnung;
2 eine schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A gemäß 1;
3 eine schematische Draufsicht auf das Aufnahmegehäuse; und
4 eine schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B gemäß 3.
In den 1 bis 4 sind verschiedene Ansichten einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Kühlen eines Leistungsmoduls 1 einer elektrischen Maschine beispielhaft dargestellt.
Die Anordnung umfasst ein längliches Aufnahmegehäuse 2, wobei das zu kühlende Leistungsmodul 1 derart befestigt ist, dass der zu kühlende Bereich 6 des Leistungsmoduls 1 einem mit Kühlmittel durchströmten Innenraum 3 des Aufnahmegehäuses 2 zugewandt ist. Als Kühlmitteleinlass ist ein mit dem Innenraum 3 des Aufnahmegehäuses 2 über eine Einströmöffnung verbundener Einströmbereich 4 und als Kühlmittelauslass ist ein mit dem Innenraum 3 des Aufnahmegehäuses 2 über eine Ausströmöffnung verbundener Ausströmbereich 5 vorgesehen.
Zur optimierten Anströmung des zu kühlenden Bereiches 6 des Leistungsmoduls 1 im Innenraum 3 des Aufnahmegehäuses 2 ist vorgesehen, dass der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung jeweils ein den Strömungsquerschnitt des Kühlmittelstromes verringernder Abschnitt und zumindest ein die Strömungsrichtung des Kühlmittelstromes verändernder Umlenkbereich zugeordnet sind.
Insbesondere aus der Schnittansicht gemäß 2 und 4 ist ersichtlich, dass der den Strömungsquerschnitt verringernder Abschnitt als bezogen auf die Längsrichtung des Aufnahmegehäuses 2 quer verlaufener Einströmschlitz 7 oberhalb des Bodens 8 des Einströmbereiches 4 ausgeführt ist und dass der den Strömungsquerschnitt verringernder Abschnitt als bezogen auf die Längsrichtung des Aufnahmegehäuses 2 quer verlaufener Ausströmschlitz 7A oberhalb des Bodens 8A des Ausströmbereiches 5 vorgesehen ist. Die Breite des Einströmschlitzes 7 und des Ausströmschlitzes 7A entspricht jeweils etwa der Breite des zu kühlenden Bereiches 6 des Leistungsmoduls 1. Die Breite des zu kühlenden Bereiches 6 des Leistungsmoduls 1 entspricht wiederum etwa der Breite der in 3 dargestellten Ausnehmung 9 zum Einsetzen des Leistungsmoduls 1 in das Aufnahmegehäuse 2.
Jeder Umlenkbereich umfasst zwei zueinander in einem vorbestimmten Radius ausgerichtete Umlenkschenkel 10, 14; 11, 15. Wie insbesondere aus den 2 und 4 ersichtlich ist, ist ein erster Umlenkbereich dem Einströmschlitz 7 und ein zweiter Umlenkbereich dem Ausströmschlitz 7A zugeordnet.
Der erste dem Einströmschlitz 7 zugeordnete Umlenkbereich weist einen ersten Umlenkschenkel 10 im Einströmbereich 4 zum Richten des Kühlmittelstromes auf den Einströmschlitz 7 in Strömungsrichtung vor dem Einströmschlitz 7 auf. Der erste dem Einströmschlitz 7 zugeordnete Umlenkbereich weist einen zweiten Umlenkschenkel 11 zum Richten der Kühlmittelströmung auf den zu kühlenden Bereich 6 des Leistungsmoduls 1 in Strömungsrichtung hinter dem Einströmschlitz 7 im Innenraum 3 auf.
Der zweite dem Ausströmschlitz 7A zugeordnete Umlenkbereich weist einen ersten Umlenkschenkel 14 im Innenraum 3 zum Richten des Kühlmittelstromes auf den Ausströmschlitz 7A in Strömungsrichtung vor dem Ausströmschlitz 7A auf. Der zweite dem Ausströmschlitz 7A zugeordnete Umlenkbereich weist einen zweiten Umlenkschenkel 15 zum Richten der Kühlmittelströmung in den Auslass 13 des Ausströmbereiches 5 in Strömungsrichtung hinter dem Ausströmschlitz 7A im Ausströmbereich 5 auf.
Die beiden in einem vorbestimmten Radius zueinander ausgerichteten Umlenkschenkel 10, 11 bzw. 14, 15 der jeweiligen Umlenkbereiche bilden einen Winkel bzw. einen Radius, bei dem sichergestellt ist, dass zum einen das Kühlmittel zum Einströmschlitz 7 bzw. Ausströmschlitz 7A geführt wird und anschließend mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit direkt auf den zu kühlenden Bereich 6 des Leistungsmoduls 1 bzw. in den Auslass 13 geführt wird.
Bei dem in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Zuführung des Kühlmittels bzw. die Abfuhr des Kühlmittels durch einen bezogen auf die Längsausrichtung des Aufnahmegehäuses 2 quer verlaufenden Einlass 12 in den Einströmbereich 4 und einem quer bezogen auf die Längsrichtung des Aufnahmegehäuses 2 verlaufenden Auslass 13 aus dem Ausströmbereich 5 realisiert.
Bezugszeichenliste

1: Leistungsmodul
2: Aufnahmegehäuse
3: Innenraum
4: Einströmbereich
5: Ausströmbereich
6: zu kühlender Bereich des Leistungsmoduls
7: Einströmschlitz
7A: Ausströmschlitz
8: Boden des Einströmbereiches
8A: Boden des Ausströmbereiches
9: Ausnehmung
10: erster Umlenkschenkel des ersten Umlenkbereiches im Einströmbereich
11: zweiter Umlenkschenkel des ersten Umlenkbereiches im Innenraum
12: Einlass
13: Auslass
14: erster Umlenkschenkel des zweiten Umlenkbereiches im Innenraum
15: zweiter Umlenkschenkel des zweiten Umlenkbereiches im Ausströmbereich

Claims

Anordnung zum Kühlen eines Leistungsmoduls (1) einer elektrischen Maschine mit einem länglichen Aufnahmegehäuse (2), wobei das Leistungsmodul (1) derart befestigt ist, dass der zu kühlende Bereich des Leistungsmoduls (1) einem mit Kühlmittel durchströmten Innenraum (3) des Aufnahmegehäuses (2) zugewandt ist, wobei als Kühlmitteleinlass ein mit dem Innenraum (3) des Aufnahmegehäuses (2) über eine Einströmöffnung verbundener Einströmbereich (4) und als Kühlmittelauslass ein mit dem Innenraum (3) des Aufnahmegehäuses (2) über eine Ausströmöffnung verbundener Ausströmbereich (5) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung und/oder die Ausströmöffnung als ein den Strömungsquerschnitt des Kühlmittelstromes verringernder Abschnitt ausgeführt sind, dem ein die Strömungsrichtung des Kühlmittelstromes verändernder Umlenkbereich zugeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Strömungsquerschnitt verringernde Abschnitt als bezogen auf die Längsrichtung des Aufnahmegehäuses (2) quer verlaufener Einströmschlitz (7) oberhalb des Bodens (8) des Einströmbereiches (4) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den Strömungsquerschnitt verringernde Abschnitt als bezogen auf die Längsrichtung des Aufnahmegehäuses (2) quer verlaufener Ausströmschlitz (7A) oberhalb des Bodens (8A) des Ausströmbereiches (5) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Einströmschlitzes (7) und des Ausströmschlitzes (7A) jeweils der Breite des zu kühlenden Bereiches (6) des Leistungsmoduls (1) entspricht.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkbereich zwei zueinander in einem vorbestimmten Radius ausgerichtete Umlenkschenkel (10, 11, 14, 15) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste dem Einströmschlitz (7) zugeordnete Umlenkbereich einen ersten Umlenkschenkel (10) im Einströmbereich (4) zum Richten des Kühlmittelstromes auf den Einströmschlitz (7) in Strömungsrichtung vor dem Einströmschlitz (7) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste dem Einströmschlitz (7) zugeordnete Umlenkbereich einen zweiten Umlenkschenkel (11) zum Richten der Kühlmittelströmung auf den zu kühlenden Bereich (6) des Leistungsmoduls (1) in Strömungsrichtung hinter dem Einströmschlitz (7) im Innenraum (3) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite dem Ausströmschlitz (7A) zugeordnete Umlenkbereich einen ersten Umlenkschenkel (14) im Innenraum (3) zum Richten des Kühlmittelstromes auf den Ausströmschlitz (7A) in Strömungsrichtung vor dem Ausströmschlitz (7A) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite dem Ausströmschlitz (7A) zugeordnete Umlenkbereich einen zweiten Umlenkschenkel (15) zum Richten der Kühlmittelströmung in den Auslass (13) des Ausströmbereiches (5) in Strömungsrichtung hinter dem Ausströmschlitz (7A) im Ausströmbereich (5) aufweist.