DE102016204959A1 - Drive arrangement with an electric machine and a Sprühkühlanordnung for cooling the electric machine - Google Patents

Drive arrangement with an electric machine and a Sprühkühlanordnung for cooling the electric machine Download PDF

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/20Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing

Abstract

Antriebsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine (2) mit einem Stator (3) und einem Rotor (4), wobei der Stator (3) und der Rotor (4) in einem Innenraum (5) eines Gehäuses (6) angeordnet sind, und eine Sprühkühlanordnung (7), wobei vermittels der Sprühkühlanordnung (7) in einem Kühlbetrieb der Stator (3) und/oder der Rotor (4) der elektrischen Maschine (2) durch Besprühen mit einem flüssigen Kältemittel zumindest teilweise kühlbar sind, wobei während des Kühlbetriebs das flüssige Kältemittel an dem Stator (3) und/oder dem Rotor (4) der elektrischen Maschine (2) zumindest teilweise verdampft und wobei das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung (8) aus dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) abführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Leitung (8) ein erstes Regelventil (9) angeordnet ist, wobei über das erste Regelventil (9) der Dampfdruck in dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) regelbar ist.Drive arrangement (1) for a motor vehicle comprising an electric machine (2) with a stator (3) and a rotor (4), wherein the stator (3) and the rotor (4) in an interior (5) of a housing (6) and a spray cooling arrangement (7), wherein the stator (3) and / or the rotor (4) of the electric machine (2) are at least partly coolable by spraying with a liquid refrigerant by means of the spray cooling arrangement (7) in a cooling operation, wherein during the cooling operation, the liquid refrigerant at the stator (3) and / or the rotor (4) of the electric machine (2) at least partially evaporated and wherein the gaseous refrigerant and / or the liquid refrigerant via at least a first line (8) the interior (5) of the housing (6) are discharged, characterized in that in the first conduit (8), a first control valve (9) is arranged, via the first control valve (9) of the vapor pressure in the interior (5) of housing (6) is adjustable.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator und der Rotor in einem Innenraum eines Gehäuses angeordnet sind, und eine Sprühkühlanordnung, wobei vermittels der Sprühkühlanordnung in einem Kühlbetrieb der Stator und/oder der Rotor der elektrischen Maschine durch Besprühen mit einem flüssigen Kältemittel zumindest teilweise kühlbar sind, wobei während des Kühlbetriebs das flüssige Kältemittel an dem Stator und/oder dem Rotor der elektrischen Maschine zumindest teilweise verdampft und wobei das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung aus dem Innenraum des Gehäuses abführbar sind.The present invention relates to a drive assembly for a motor vehicle comprising an electric machine with a stator and a rotor, wherein the stator and the rotor are arranged in an interior of a housing, and a Sprühkühlanordnung, wherein by means of the Sprühkühlanordnung in a cooling operation of the stator and / or the rotor of the electric machine are at least partially coolable by spraying with a liquid refrigerant, wherein during the cooling operation, the liquid refrigerant at the stator and / or the rotor of the electric machine at least partially evaporated and wherein the gaseous refrigerant and / or the liquid refrigerant over at least a first line from the interior of the housing can be discharged.

Stand der TechnikState of the art

Antriebsanordnungen der genannten Art finden in unterschiedlichsten Konfigurationen in Kraftfahrzeugen Anwendung, wobei die elektrische Maschine einer derartigen Antriebsanordnung abhängig von der Konfiguration nur in bestimmten Betriebstemperaturgrenzen betrieben werden kann bzw. soll.Drive arrangements of the type mentioned find application in a wide variety of vehicle configurations, with the electrical machine of such a drive arrangement being or can only be operated within certain operating temperature limits, depending on the configuration.

Elektrische Maschinen umfassen einen feststehenden Stator und einen beweglichen Rotor, wobei der Rotor in der gängigsten Bauform einer elektrischen Maschine drehbar innerhalb eines ringförmig ausgebildeten Stators gelagert ist. Der Stator weist einen Statorkern und zumindest eine an dem Statorkern angeordnete Statorwicklung auf. Weiterhin kann der Rotor einen Rotorkern und zumindest eine an dem Rotorkern angeordnete Rotorwicklung umfassen.Electric machines include a fixed stator and a movable rotor, wherein the rotor is mounted in the most common type of electrical machine rotatably within a ring-shaped stator. The stator has a stator core and at least one stator winding arranged on the stator core. Furthermore, the rotor may comprise a rotor core and at least one rotor winding arranged on the rotor core.

Elektrische Maschinen erzeugen aufgrund des dielektrischen Verlusts während ihres Betriebs Wärme. Vorwiegend kommt es im Bereich der Statorwicklung und/oder der Rotorwicklung, insbesondere im Bereich der jeweiligen Wicklungsköpfe, zu einer starken Wärmeentwicklung. Die Folge dieser starken Erwärmung ist eine Erhöhung des dielektrischen Verlustfaktors – noch mehr elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt, was zum einen eine Verschlechterung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine bewirkt und zum anderen einen zuverlässigen Betrieb der elektrischen Maschine über ihre Lebensdauer negativ beeinflusst. Deshalb ist in Antriebsanordnungen mit elektrischen Maschinen in der Regel eine Kühlvorrichtung vorgesehen, die die zu kühlenden Teile der elektrischen Maschine kühlt.Electric machines generate heat due to the dielectric loss during their operation. Predominantly, in the region of the stator winding and / or the rotor winding, in particular in the region of the respective winding heads, there is a strong evolution of heat. The result of this intense heating is an increase in the dielectric loss factor - even more electrical energy is converted to heat, which in turn causes a deterioration in the efficiency of the electric machine and on the other hand adversely affects reliable operation of the electric machine over its lifetime. Therefore, a cooling device is generally provided in drive assemblies with electric machines, which cools the parts to be cooled of the electric machine.

Konventionelle Kühlungen für elektrische Maschinen bedienen sich eines zirkulierenden gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels. Das Kühlmittel zirkuliert beispielsweise in einem Gehäuse der elektrischen Maschine oder in einer als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle, auf der der Rotor der elektrischen Maschine angeordnet ist. Das flüssige Kühlmittel nimmt aufgrund seiner Wärmekapazität die Wärme auf und transportiert diese ab. Diese Lösungen erfolgen in der Regel mit großem Abstand zur Wärmequelle und erfordern eine Wärmeleitung durch den Rotorkern und/oder den Statorkern, um die Abwärme in den Kühlkreislauf abzuleiten. Mittels dieser diffusen Wärmeleitung werden oftmals auch benachbarte Teile wie zum Beispiel Lager, Dichtungen etc. erwärmt und somit thermisch belastet.Conventional cooling for electrical machines use a circulating gaseous or liquid coolant. The coolant circulates, for example, in a housing of the electric machine or in a rotor shaft designed as a hollow shaft, on which the rotor of the electric machine is arranged. Due to its heat capacity, the liquid coolant absorbs the heat and transports it away. These solutions usually take place at a great distance from the heat source and require heat conduction through the rotor core and / or the stator core in order to dissipate the waste heat into the cooling circuit. By means of this diffuse heat conduction often adjacent parts such as bearings, seals, etc. are heated and thus thermally stressed.

Daneben sind auch Kühlvorrichtungen bekannt, die aufgrund der Verdampfung eines Kühlmittels eine Kühlung von zu kühlenden Oberflächen einer elektrischen Maschine bewirken. Das Kühlmittel wird dabei an der zu kühlenden Oberfläche verdampft und anschließend wieder rückkondensiert. So beschreibt beispielsweise das Dokument US 7,397,154 B2 ein sprühgekühltes Motorsystem mit einem Motorgehäuse mit einem Innenraum und einem Außenraum, wobei der Stator und der Rotor in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet sind. Weiterhin weist das Motorsystem eine Vielzahl an Zerstäubern auf, die so ausgebildet sind, dass zumindest der Stator und der Rotor von dem Zerstäuber besprüht werden. Weiterhin weist das offenbarte Motorsystem eine Kühlmittelpumpe auf, die mit den Zerstäubern in Verbindung steht und die Zerstäuber mit Kühlmittel versorgt. Das Kühlmittel ist beispielsweise ein dielektrisches Fluid, dass an den zu kühlenden Oberflächen des Stators und des Rotors verdampft. Die Rückkondensation des Kühlmittels erfolgt an der Gehäuseinnenwand des Gehäuses. In diesem Fall ist die Wärmeabfuhr durch das Kühlmittel jedoch stark begrenzt.In addition, cooling devices are also known which effect cooling of surfaces to be cooled of an electrical machine due to the evaporation of a coolant. The coolant is vaporized at the surface to be cooled and then recondensed again. For example, the document describes US 7,397,154 B2 a spray-cooled engine system having a motor housing with an interior space and an exterior space, wherein the stator and the rotor are arranged in the interior of the housing. Furthermore, the engine system includes a plurality of atomizers configured to spray at least the stator and the rotor from the atomizer. Furthermore, the disclosed engine system includes a coolant pump which communicates with the atomizers and supplies the atomizers with coolant. The coolant is, for example, a dielectric fluid that evaporates on the surfaces to be cooled of the stator and the rotor. The recondensation of the coolant takes place on the housing inner wall of the housing. In this case, however, the heat dissipation by the coolant is severely limited.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Antriebsanordnung mit einer elektrischen Maschine und einer Sprühkühlanordnung anzugeben, die eine variable Kühlung der elektrischen Maschine und somit einen leistungsoptimierten Betrieb der Antriebsanordnung erlaubt.It is an object of the invention to provide an improved drive arrangement with an electric machine and a spray cooling arrangement, which allows a variable cooling of the electric machine and thus a performance-optimized operation of the drive arrangement.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator und der Rotor in einem Innenraum eines Gehäuses angeordnet sind, und eine Sprühkühlanordnung, wobei vermittels der Sprühkühlanordnung in einem Kühlbetrieb der Stator und/oder der Rotor der elektrischen Maschine durch Besprühen mit einem flüssigen Kältemittel zumindest teilweise kühlbar sind, wobei während des Kühlbetriebs das flüssige Kältemittel an dem Stator und/oder dem Rotor der elektrischen Maschine zumindest teilweise verdampft und wobei das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung aus dem Innenraum des Gehäuses abführbar sind, wobei in der ersten Leitung ein erstes Regelventil angeordnet ist, wobei über das erste Regelventil der Dampfdruck in dem Innenraum des Gehäuses regelbar ist.The object is achieved by a drive arrangement for a motor vehicle comprising an electric machine with a stator and a rotor, wherein the stator and the rotor are arranged in an interior of a housing, and a Sprühkühlanordnung, wherein by means of the Sprühkühlanordnung in a cooling operation of the stator and / or the rotor of the electric machine by spraying with a liquid refrigerant are at least partially coolable, wherein during the cooling operation, the liquid refrigerant to the stator and / or the rotor of the electric machine at least partially evaporated and wherein the gaseous refrigerant and / or the liquid refrigerant can be discharged via at least a first line from the interior of the housing, wherein in the first line, a first control valve is arranged, wherein via the first control valve, the vapor pressure is adjustable in the interior of the housing.

Die elektrische Maschine weist erfindungsgemäß einen Stator, einen Rotor und ein Gehäuse auf, wobei der Stator und der Rotor in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet sind.The electric machine according to the invention comprises a stator, a rotor and a housing, wherein the stator and the rotor are arranged in an inner space of the housing.

Erfindungsgemäß sind in einem Kühlbetrieb der Antriebsanordnung mittels der Sprühkühlanordnung die elektrische Maschine, genauer der Stator und/oder der Rotor der elektrischen Maschine, zumindest teilweise kühlbar. Die Kühlung des Stators und/oder Rotors erfolgt vermittels zumindest teilweisem Besprühen der zu kühlenden Oberflächen des Stators und/oder Rotors mit einem flüssigen Kältemittel. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verdampft das flüssige Kältemittel zumindest teilweise an den zu kühlenden Oberflächen des Stators und/oder Rotors – es bildet sich ein erste Phase, nämlich gasförmiges Kältemittel, und/oder eine zweite Phase, nämlich flüssiges Kältemittel.According to the invention, the electric machine, more precisely the stator and / or the rotor of the electric machine, can be cooled at least partially in a cooling operation of the drive arrangement by means of the spray cooling arrangement. The cooling of the stator and / or rotor takes place by means of at least partial spraying of the surfaces to be cooled of the stator and / or rotor with a liquid refrigerant. According to the present invention, the liquid refrigerant evaporates at least partially on the surfaces to be cooled of the stator and / or rotor - it forms a first phase, namely gaseous refrigerant, and / or a second phase, namely liquid refrigerant.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung aus dem Innenraum des Gehäuses abführbar.According to the present invention, the gaseous refrigerant and / or the liquid refrigerant can be discharged from the interior of the housing via at least one first line.

In der ersten Leitung ist erfindungsgemäß ein erstes Regelventil angeordnet, wobei über das erste Regelventil der Dampfdruck in dem Innenraum des Gehäuses regelbar ist.In the first line according to the invention, a first control valve is arranged, wherein the vapor pressure in the interior of the housing can be regulated via the first control valve.

Durch die Verdampfung des Kältemittels ist eine homogene Temperatur der zu kühlenden Oberflächen sichergestellt. Das Kältemittel erwärmt sich an den zu kühlenden Oberflächen der elektrischen Maschine bis zum Start einer vom jeweiligen Dampfdruck abhängigen Verdampfung auf der zu kühlenden Oberfläche und führt dabei einerseits durch die Aufwärmung auf die Siedetemperatur und andererseits durch die latente Verdampfungswärme Wärme von der zu kühlenden Oberfläche der elektrischen Maschine ab. Der Dampfdruck kann durch das erste Regelventil eingestellt werden. Die Oberflächentemperatur des zu kühlenden Bauteils der elektrischen Maschine ist somit über den Dampfdruck im Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine einstellbar und es wird ein leistungsoptimierter Betrieb der Antriebsanordnung gewährleistet.The evaporation of the refrigerant ensures a homogeneous temperature of the surfaces to be cooled. The refrigerant heats up to the surfaces of the electric machine to be cooled until the start of an evaporation dependent on the respective vapor pressure on the surface to be cooled and leads on the one hand by the warming to the boiling temperature and on the other hand by the latent heat of vaporization of the surface to be cooled of the electrical Machine off. The vapor pressure can be adjusted by the first control valve. The surface temperature of the component to be cooled of the electric machine is thus adjustable via the vapor pressure in the interior of the housing of the electric machine and it ensures a performance-optimized operation of the drive assembly.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

Die Sprühkühlanordnung umfasst bevorzugt einen Kältemitteltank zur Aufnahme des flüssigen Kältemittels, eine Kältemittelpumpe, zumindest eine Sprüheinheit und einen Kondensator.The spray cooling arrangement preferably comprises a refrigerant tank for holding the liquid refrigerant, a refrigerant pump, at least one spray unit and a condenser.

Über die Kältemittelpumpe ist das flüssige Kältemittel aus dem Kältemitteltank zu der Sprüheinheit förderbar. Die Kältemittelpumpe ist bevorzugt als regelbare Pumpe ausgeführt. Derart ist es möglich die zu fördernde Menge an flüssigem Kältemittel zu regeln und somit die Effizienz der Sprühkühlanordnung positiv zu beeinflussen.Via the refrigerant pump, the liquid refrigerant from the refrigerant tank to the spray unit is conveyed. The refrigerant pump is preferably designed as a controllable pump. In this way, it is possible to control the amount of liquid refrigerant to be delivered and thus to positively influence the efficiency of the spray cooling arrangement.

Mittels dem Einsatz einer Sprüheinheit ist es möglich das Kältemittel direkt auf die zu kühlenden Oberflächen der elektrischen Maschine zu sprühen und eine homogene Verteilung des Kältemittels über die zu kühlenden Oberflächen der elektrischen Maschine zu bewirken. Durch diese direkte Kühlung der Wärmequellen können die thermischen Widerstände reduziert werden. Weiterhin reicht bereits ein geringer Kältemittelmassenstrom aus, um die zu kühlenden Oberflächen der elektrischen Maschine mit Kältemittel zu benetzen.By means of the use of a spray unit, it is possible to spray the refrigerant directly onto the surfaces of the electric machine to be cooled and to effect a homogeneous distribution of the refrigerant over the surfaces of the electric machine to be cooled. By this direct cooling of the heat sources, the thermal resistances can be reduced. Furthermore, even a low refrigerant mass flow is sufficient to wet the surfaces of the electrical machine to be cooled with refrigerant.

Der Kondensator ist bevorzugt eingangsseitig über die erste Leitung und das erste Regelventil mit dem Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine derart verbindbar, dass während des Kühlbetriebs gasförmiges Kältemittel und/oder flüssiges Kältemittel aus dem Innenraum des Gehäuses in den Kondensator strömen kann.The condenser is preferably connected on the input side via the first line and the first control valve to the interior of the housing of the electric machine such that gaseous refrigerant and / or liquid refrigerant can flow from the interior of the housing into the condenser during the cooling operation.

Bevorzugt ist der Kondensator ausgangsseitig mit dem Kältemitteltank verbunden ist.Preferably, the capacitor is connected on the output side to the refrigerant tank.

Weiterhin bevorzugt ist der Kältemitteltank über eine zweite Leitung und ein zweites Ventil mit dem Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine verbindbar, sodass während des Kühlbetriebs flüssiges Kältemittel von dem Innenraum des Gehäuses direkt in den Kältemitteltank fließen kann.Further preferably, the refrigerant tank is connectable via a second line and a second valve to the interior of the housing of the electric machine, so that during the cooling operation liquid refrigerant can flow from the interior of the housing directly into the refrigerant tank.

Durch die Verbindung des Kondensators und/oder des Kältemitteltanks mit dem Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine über die erste Leitung und/oder die zweite Leitung kann die Antriebsanordnung weiterhin an spezielle Bauraumanforderungen innerhalb des Kraftfahrzeugs individuell angepasst werden.By connecting the condenser and / or the refrigerant tank to the interior of the housing of the electric machine via the first line and / or the second line, the drive arrangement can be further adapted to specific space requirements within the motor vehicle individually.

Vorzugsweise mündet die zweite Leitung in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung ausgehend von einem tiefsten Abschnitt des Gehäuses in dem Kältemitteltank.Preferably, the second conduit opens with respect to the installation position of the drive assembly, starting from a deepest portion of the housing in the refrigerant tank.

Durch die Ausbildung der zweiten Leitung mit dem zweiten Regelventil, insbesondere dadurch, dass die zweite Leitung in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung von dem tiefsten Abschnitt in den Kältemitteltank mündet, wird ein besonders zuverlässiger Abfluss des flüssigen Kältemittels aus dem Innenraum des Gehäuses sichergestellt und ein Planschen des Stators und/oder Rotors in dem flüssigen Kältemittel und somit ein Leistungsverlust der elektrischen Maschine durch Planschverluste verhindert.By forming the second line with the second control valve, in particular the fact that the second line with respect to the installation position of the drive assembly of the deepest portion opens into the refrigerant tank, a particularly reliable drainage of the liquid refrigerant is ensured from the interior of the housing and prevents splashing of the stator and / or rotor in the liquid refrigerant and thus a loss of power of the electric machine by splashing losses.

Das Kältemittel ist bevorzugt eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit mit einem Siedepunkt bei Umgebungsdruck zwischen 60°C und 100°C, insbesondere zwischen 60°C und 80°C.The refrigerant is preferably an electrically non-conductive liquid having a boiling point at ambient pressure between 60 ° C and 100 ° C, in particular between 60 ° C and 80 ° C.

Bekannte Anwendungen zur Sprühkühlung verwenden meist spezielle elektrisch nicht leitende Öle. Diese können aufgrund ihrer dielektrischen Eigenschaft zwar direkt auf die zu kühlende Oberfläche, beispielsweise die Wicklungsoberfläche, gesprüht werden, verdampfen dort aber aufgrund der maximal zulässigen Oberflächentemperatur nicht. Der feine Ölfilm tropft von der zu kühlenden Oberfläche zurück in den Ölsumpf und gibt dort die aufgenommene Wärmemenge wieder an die Gehäusewand ab oder wird von dort zu einem Wärmetauscher gepumpt.Known applications for spray cooling usually use special electrically non-conductive oils. Due to their dielectric properties, these can be sprayed directly onto the surface to be cooled, for example the winding surface, but do not evaporate there due to the maximum permissible surface temperature. The fine oil film drips from the surface to be cooled back into the oil sump and there returns the heat absorbed to the housing wall or is pumped from there to a heat exchanger.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Antriebsanordnung, insbesondere durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sprühkühlanordnung, kann die Antriebsanordnung leistungsoptimiert betrieben werden. Dabei bedingt der Einsatz des Kondensators eine besonders effiziente Rückkondensation des gasförmigen Kältemittels und eine optimierte Wärmeabfuhr aus dem Innenraum des Gehäuses.Due to the inventive design of the drive assembly, in particular by the inventive design of the Sprühkühlanordnung, the drive assembly can be operated optimized performance. In this case, the use of the capacitor requires a particularly efficient recondensation of the gaseous refrigerant and an optimized heat dissipation from the interior of the housing.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.

Fig. zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Antriebsanordnung.Fig. Shows a schematic representation of an exemplary drive arrangement.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Die in Fig. dargestellte beispielhafte Antriebsanordnung 1 umfasst eine elektrische Maschine 2 und eine Sprühkühlanordnung 7.The exemplary drive arrangement shown in FIG 1 includes an electric machine 2 and a spray cooling arrangement 7 ,

Die elektrische Maschine 2 weist ein Gehäuse 6, einen Stator 3 und einen Rotor 4 auf. Der Stator 3 und der Rotor 4 sind in einem Innenraum 5 des Gehäuses 6 angeordnet, wobei der Stator 3 ringförmig ausgebildet ist und den Rotor 4 außenumfänglich umgibt. Eine umgekehrte Anordnung, nämlich eine Anordnung in der der Rotor 4 ringförmig ausgebildet ist und den Stator 3 außenumfänglich umgibt, ist ebenso denkbar.The electric machine 2 has a housing 6 , a stator 3 and a rotor 4 on. The stator 3 and the rotor 4 are in an interior 5 of the housing 6 arranged, the stator 3 is annular and the rotor 4 surrounds outside. A reverse arrangement, namely an arrangement in which the rotor 4 is annular and the stator 3 Surrounds outside, is also conceivable.

Der Rotor 4 ist fest auf einer Rotorwelle 19 angeordnet. Die Rotorwelle 19 ist durch eine Öffnung des Gehäuses 6 aus dem Innenraum 5 des Gehäuses 6 geführt.The rotor 4 is fixed on a rotor shaft 19 arranged. The rotor shaft 19 is through an opening in the housing 6 from the interior 5 of the housing 6 guided.

Der Stator 3 weist einen Statorkern 20 und eine Statorwicklung 21 auf. Der Rotor 4 weist einen Rotorkern 22 und eine Rotorwicklung 23 auf.The stator 3 has a stator core 20 and a stator winding 21 on. The rotor 4 has a rotor core 22 and a rotor winding 23 on.

Die Sprühkühlanordnung 7 umfasst einen Kältemitteltank 13 mit flüssigem Kältemittel, eine Kältemittelpumpe 10, ein Filterelement 17, zwei Sprüheinheiten 11 sowie einen Kondensator 12.The spray cooling arrangement 7 includes a refrigerant tank 13 with liquid refrigerant, a refrigerant pump 10 , a filter element 17 , two spray units 11 and a capacitor 12 ,

Das Filterelement 17 ist zwischen der Kältemittelpumpe 10 und den beiden Sprüheinheiten 11 angeordnet und verhindert das feinste Verunreinigungen in dem Kältemittel zu den Sprühdüsen gelangen und diese verstopfen. Eine Anordnung des Filterelements 17 zwischen dem Kältemitteltank 13 und der Kältemittelpumpe 10 ist ebenso denkbar. Weiterhin ist es denkbar mehrere Filterelemente 17 innerhalb der Sprühkühlanordnung 7 anzuordnen.The filter element 17 is between the refrigerant pump 10 and the two spray units 11 arranged and prevents the finest impurities in the refrigerant to reach the spray nozzles and clog them. An arrangement of the filter element 17 between the refrigerant tank 13 and the refrigerant pump 10 is also conceivable. Furthermore, it is conceivable several filter elements 17 within the spray cooling arrangement 7 to arrange.

In einem Kühlbetrieb der Antriebsanordnung 1 werden im Fall des in Fig. schematisch gezeigten Ausführungsbeispiels der Kopf der Statorwicklung 21 und der Kopf der Rotorwicklung 23 gekühlt. Die Kühlung erfolgt indem flüssiges Kältemittel aus dem Kältemitteltank 13 über die Kältemittelpumpe 10 zu den beiden Sprüheinheiten 11 gefördert wird. Die Sprüheinheiten 11 sind wie der Stator 3 und der Rotor 4 in dem Innenraum 5 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2 angeordnet. Über die Sprüheinheiten 11 wird das flüssige Kältemittel zerstäubt. Die Sprüheinheiten 11 sind derart ausgebildet, dass die zu kühlenden Oberflächen des Stators 3 und des Rotors 4 flächig mit flüssigem, zerstäubten Kältemittel besprüht werden – derart wird kontinuierlich ein dünner Kältemittelfilm auf den Kopf der Statorwicklung 21 und auf den Kopf der Rotorwicklung 23 aufgebracht. Das flüssige Kältemittel verdampft an der zu kühlenden Oberfläche des Stators 3 und an der zu kühlenden Oberfläche des Rotors 4 zumindest teilweise und es bildet sich gasförmiges Kältemittel und je nach Verdampfungsgrad auch flüssiges Kältemittel. Das gasförmige Kältemittel steigt innerhalb des Innenraums 5 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2 im Wesentlichen in Richtung eines höchsten Abschnitts 18 des Gehäuses 6 auf. Das nicht verdampfte, flüssige Kältemittel tropft von den zu kühlenden Oberflächen des Stators 3 und des Rotors 4 in einen tiefsten Abschnitt 16 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2.In a cooling operation of the drive assembly 1 In the case of the embodiment shown schematically in FIG. 1, the head of the stator winding will be 21 and the head of the rotor winding 23 cooled. The cooling takes place by liquid refrigerant from the refrigerant tank 13 via the refrigerant pump 10 to the two spray units 11 is encouraged. The spray units 11 are like the stator 3 and the rotor 4 in the interior 5 of the housing 6 the electric machine 2 arranged. About the spray units 11 the liquid refrigerant is atomized. The spray units 11 are formed such that the surfaces to be cooled of the stator 3 and the rotor 4 be sprayed flat with liquid, atomized refrigerant - such is continuously a thin film of refrigerant on the head of the stator winding 21 and on the head of the rotor winding 23 applied. The liquid refrigerant vaporizes on the surface of the stator to be cooled 3 and on the surface to be cooled of the rotor 4 at least partially and it forms gaseous refrigerant and depending on the degree of evaporation and liquid refrigerant. The gaseous refrigerant rises within the interior 5 of the housing 6 the electric machine 2 essentially in the direction of a highest section 18 of the housing 6 on. The non-evaporated, liquid refrigerant drips from the surfaces of the stator to be cooled 3 and the rotor 4 in a deepest section 16 of the housing 6 the electric machine 2 ,

Der Innenraum 5 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine erste Leitung 8 und ein erstes Regelventil 9 eingangsseitig mit dem Kondensator 9 verbindbar. Die erste Leitung 8 mündet in dem vorliegenden Beispiel in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung 1 ausgehend von dem höchsten Abschnitt 18 des Gehäuses 6 in den Kondensator 12. Über die erste Leitung 13 kann während des Kühlbetriebs gasförmiges Kältemittel aus dem Innenraum 5 des Gehäuses 6 in den Kondensator 12 strömen.The interior 5 of the housing 6 the electric machine 2 is in the present embodiment via a first line 8th and a first control valve 9 on the input side with the capacitor 9 connectable. The first line 8th opens in the present example with respect to the mounting position of drive arrangement 1 starting from the highest section 18 of the housing 6 in the condenser 12 , About the first line 13 can during the cooling operation gaseous refrigerant from the interior 5 of the housing 6 in the condenser 12 stream.

Weiterhin ist der Innenraum 5 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2 über eine zweite Leitung 14 und ein zweites Regelventil 15 mit dem Kältemitteltank 13 verbindbar. Die zweite Leitung 14 mündet in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung 1 ausgehend von dem tiefsten Abschnitt 16 des Gehäuses 6 in dem Kältemitteltank 13. Über die zweite Leitung 14 kann während des Kühlbetriebs flüssiges Kältemittel aus dem Innenraum 5 des Gehäuses 6 in den Kältemitteltank 13 fließen.Furthermore, the interior is 5 of the housing 6 the electric machine 2 over a second line 14 and a second control valve 15 with the refrigerant tank 13 connectable. The second line 14 opens with respect to the installation position of the drive assembly 1 starting from the deepest section 16 of the housing 6 in the refrigerant tank 13 , About the second line 14 can during the cooling operation liquid refrigerant from the interior 5 of the housing 6 in the refrigerant tank 13 flow.

Der Kondensator 9 ist ausgangsseitig mit dem Kältemitteltank 8 verbunden.The capacitor 9 is on the output side with the refrigerant tank 8th connected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Antriebsanordnungdrive arrangement
22
Elektrische MaschineElectric machine
33
Statorstator
44
Rotorrotor
55
Innenrauminner space
66
Gehäusecasing
77
SprühkühlanordnungSprühkühlanordnung
88th
Erste LeitungFirst line
99
Erstes RegelventilFirst control valve
1010
KältemittelpumpeRefrigerant pump
1111
Sprüheinheitspray
1212
Kondensatorcapacitor
1313
KältemitteltankRefrigerant tank
1414
Zweite LeitungSecond line
1515
Zweites RegelventilSecond control valve
1616
Tiefster AbschnittDeepest section
1717
Filterelementfilter element
1818
Höchster AbschnittHighest section
1919
Rotorwellerotor shaft
2020
Statorkernstator core
2121
Statorwicklungstator
2222
Rotorkernrotor core
2323
Rotorwicklungrotor winding

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7397154 B2 [0006] US 7397154 B2 [0006]

Claims (7)

Antriebsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend – eine elektrische Maschine (2) mit einem Stator (3) und einem Rotor (4), wobei der Stator (3) und der Rotor (4) in einem Innenraum (5) eines Gehäuses (6) angeordnet sind, und – eine Sprühkühlanordnung (7), wobei vermittels der Sprühkühlanordnung (7) in einem Kühlbetrieb der Stator (3) und/oder der Rotor (4) der elektrischen Maschine (2) durch Besprühen mit einem flüssigen Kältemittel zumindest teilweise kühlbar sind, wobei während des Kühlbetriebs das flüssige Kältemittel an dem Stator (3) und/oder dem Rotor (4) der elektrischen Maschine (2) zumindest teilweise verdampft und wobei das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung (8) aus dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) abführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Leitung (8) ein erstes Regelventil (9) angeordnet ist, wobei über das erste Regelventil (9) der Dampfdruck in dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) regelbar ist.Drive arrangement ( 1 ) for a motor vehicle comprising - an electric machine ( 2 ) with a stator ( 3 ) and a rotor ( 4 ), wherein the stator ( 3 ) and the rotor ( 4 ) in an interior ( 5 ) of a housing ( 6 ), and - a spray cooling arrangement ( 7 ), whereby by means of the spray cooling arrangement ( 7 ) in a cooling operation of the stator ( 3 ) and / or the rotor ( 4 ) of the electric machine ( 2 ) are at least partially coolable by spraying with a liquid refrigerant, wherein during the cooling operation the liquid refrigerant is at the stator ( 3 ) and / or the rotor ( 4 ) of the electric machine ( 2 ) is at least partially evaporated and wherein the gaseous refrigerant and / or the liquid refrigerant via at least a first line ( 8th ) from the interior ( 5 ) of the housing ( 6 ) are dischargeable, characterized in that in the first line ( 8th ) a first control valve ( 9 ) is arranged, via the first control valve ( 9 ) the vapor pressure in the interior ( 5 ) of the housing ( 6 ) is controllable. Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühkühlanordnung (7) einen Kältemitteltank (13), zur Aufnahme des flüssigen Kältemittels eine Kältemittelpumpe (10), zumindest eine Sprüheinheit (11) und einen Kondensator (12) umfasst.Drive arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the spray cooling arrangement ( 7 ) a refrigerant tank ( 13 ), for receiving the liquid refrigerant, a refrigerant pump ( 10 ), at least one spray unit ( 11 ) and a capacitor ( 12 ). Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (12) eingangsseitig über die erste Leitung (8) und das erste Regelventil (9) mit dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) der elektrischen Maschine (2) verbindbar ist.Drive arrangement ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the capacitor ( 12 ) on the input side via the first line ( 8th ) and the first control valve ( 9 ) with the interior ( 5 ) of the housing ( 6 ) of the electric machine ( 2 ) is connectable. Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (12) ausgangsseitig mit dem Kältemitteltank (13) verbunden ist.Drive arrangement ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the capacitor ( 12 ) on the output side with the refrigerant tank ( 13 ) connected is. Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemitteltank (13) über eine zweite Leitung (14) und ein zweites Regelventil (15) mit dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) der elektrischen Maschine (2) verbindbar ist.Drive arrangement ( 1 ) according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the refrigerant tank ( 13 ) via a second line ( 14 ) and a second control valve ( 15 ) with the interior ( 5 ) of the housing ( 6 ) of the electric machine ( 2 ) is connectable. Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (14) in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung (1) ausgehend von einem tiefsten Abschnitt (16) des Gehäuses (6) in dem Kältemitteltank (13) mündet.Drive arrangement ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the second line ( 14 ) with respect to the installation position of the drive arrangement ( 1 ) starting from a deepest section ( 16 ) of the housing ( 6 ) in the refrigerant tank ( 13 ) opens. Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit mit einem Siedepunkt bei Umgebungsdruck zwischen 60°C und 100°C ist.Drive arrangement ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant is an electrically non-conductive liquid having a boiling point at ambient pressure between 60 ° C and 100 ° C.
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