DE102016223038A1

DE102016223038A1 - Cooling device for electric machine

Info

Publication number: DE102016223038A1
Application number: DE102016223038.7A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Kohlstädt; Matthias Leberle; Fabian Kolze
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) ein Gehäuse (2) und in einem Antriebssegment (3) dieses Gehäuses (2) angeordnet einen Rotor (4) sowie einen Stator (5) aufweist, wobei der Stator (5) an sich oder Wickelköpfe (6) des Stators (5) mittels eines in unmittelbaren Kontakt tretenden, elektrisch nicht leitenden Maschinenkühlmittels kühlbar und das Maschinenkühlmittel über einen Maschinenkühlkreislauf der elektrischen Maschine (1) aus einem Maschinenkühlmittelreservoir (7) zuführbar ist. Zudem ist das Maschinenkühlmittel mittels zumindest eines an einen Elektronikkühlkreislauf einer die elektrische Maschine (1) antreibenden Leistungselektronik (8) angeschlossenen Wärmeübertragers (9) rückkühlbar.The invention relates to a cooling device for an electrical machine (1), wherein the electric machine (1) has a housing (2) and a rotor (4) and a stator (5) arranged in a drive segment (3) of this housing (2) wherein the stator (5) per se or winding heads (6) of the stator (5) can be cooled by means of an electrically non-conductive machine coolant passing into direct contact and the machine coolant can be supplied from a machine coolant reservoir (7) via a machine cooling circuit of the electrical machine (1) is. In addition, the engine coolant can be re-cooled by means of at least one heat exchanger (9) connected to an electronic cooling circuit of a power electronics (8) driving the electric machine (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine ein Gehäuse und in einem Antriebssegment dieses Gehäuses angeordnet einen Rotor sowie einen Stator aufweist, wobei der Stator an sich oder Wickelköpfe des Stators mittels eines in unmittelbaren Kontakt tretenden, elektrisch nicht leitenden Maschinenkühlmittels kühlbar und das Maschinenkühlmittel über einen Maschinenkühlkreislauf der elektrischen Maschine aus einem Maschinenkühlmittelreservoir zuführbar ist.The invention relates to a cooling device for an electrical machine, wherein the electrical machine has a housing and arranged in a drive segment of this housing has a rotor and a stator, wherein the stator itself or winding heads of the stator by means of a directly coming into contact, electrically non-conductive machine coolant can be cooled and the engine coolant via a machine cooling circuit of the electric machine from a machine coolant reservoir can be fed.

Neben den bereits weit gefächerten Anwendungsgebieten von Elektromotoren hat sich aufgrund der zunehmenden Verbreitung rein elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge im Rahmen der Elektromobilität sowie von Hybridkraftfahrzeugen eine weitere Einsatzmöglichkeit für diese Motorart aufgetan.In addition to the already wide-ranging applications of electric motors has opened up a further application for this type of engine due to the increasing use of purely electrically powered vehicles in the context of electric mobility and hybrid vehicles.

Bedingt durch die zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges notwendigen Leistung in Verbindung mit der dadurch entstehenden Verlustleistung solcher elektrischen Maschinen ist es notwendig, dass diese eine Kühlung erfahren.Due to the power required to drive a motor vehicle power in conjunction with the resulting power loss of such electrical machines, it is necessary that they undergo cooling.

Eine solche Kühlung erfolgt regelmäßig unter Verwendung von Wasser als Kühlmittel, wobei die elektrische Maschine, also z. B. der Elektromotor in der Regel von einem Kühlmantel umgeben ist. Solche Anordnungen haben den Nachteil, dass durch einen solchen Kühlmantel das Volumen der elektrischen Maschine erhöht wird. Da, hervorgerufen durch eine stetig wachsende Funktionsintegration, in modernen Kraftfahrzeugen der Bauraum stets einer fortschreitenden Begrenzung unterzogen ist, muss bei Verwendung eines Kühlmantels die eigentliche elektrische Maschine in Bezug auf ihr Volumen kleiner und somit mit einer geringeren Leistung als ohne Kühlmantel ausgeführt werden.Such cooling is done regularly using water as the coolant, wherein the electric machine, ie z. B. the electric motor is usually surrounded by a cooling jacket. Such arrangements have the disadvantage that the volume of the electric machine is increased by such a cooling jacket. Since, caused by a steadily growing functional integration, the space is always subject to progressive limitation in modern motor vehicles, when using a cooling jacket, the actual electric machine in terms of volume must be smaller and thus performed with a lower performance than without cooling jacket.

Unlängst hat sich jedoch ein weiteres Kühlkonzept entwickelt, mittels welchem auf einen Kühlmantel verzichtet werden kann. Hierbei erfolgt die Kühlung der elektrischen Maschine unter Verwendung eines nicht elektrisch leitenden Öles, welches in Kontakt mit dem Stator der elektrischen Maschine steht.Recently, however, has developed a further cooling concept, by means of which can be dispensed with a cooling jacket. Here, the cooling of the electric machine using a non-electrically conductive oil, which is in contact with the stator of the electric machine.

Eine solche Kühlung ist durch die WO 2016/087225 A1 beschrieben, bei welcher bevorzugt drei über eine Verteilerleiste verbundene Öllanzen dazu verwendet werden, den Stator eines Elektromotors mittels eines Getriebeöles zu kühlen. Das Getriebeöl entstammt hierbei aus einem Getriebeölsumpf eines mit dem Motor verbundenen Getriebes. Über eine Ölpumpe oder bevorzugt eine Mechatronikeinheit wird dieses Getriebeöl aus dem Getriebeölsumpf in die Öllanzen befördert, aus welchen es durch Öffnungen austritt, schwerkraftbedingt über den Stator, und anschließend über einen Ölablauf wiederum in den Getriebeölsumpf fließt.Such cooling is through the WO 2016/087225 A1 described, in which preferably three oil lances connected via a distributor strip are used to cool the stator of an electric motor by means of a transmission oil. The gear oil originates from a transmission oil sump of a transmission connected to the engine. By means of an oil pump or preferably a mechatronic unit, this transmission oil is conveyed from the transmission oil sump into the oil lances, from which it exits through openings, via the stator by gravity, and then flows again into the transmission oil sump via an oil outlet.

In der EP 2 413 483 A1 ist eine weitere gattungsbildende Kühlvorrichtung offenbart, wobei der zu kühlende Elektromotor dem Antrieb eines Hubschrauberrotors dient. Der Rotor ist dabei über ein Planetengetriebe mit dem Elektromotor verbunden, wobei das zur Schmierung des Planetengetriebes vorgesehene Öl gleichzeitig der Kühlung des Stators des Elektromotors dient. Das sich somit für Planetengetriebe sowie Stator in einem Ölkreislauf befindliche Öl wird über in und/oder am Hubschrauber befindliche Wärmetauscher rückgekühlt. Der Ölkreislauf umfasst dabei zumindest die Wickelköpfe der Statoren, welche über eine Ummantelung gekapselt werden, damit ein Eintritt des Öles in den Luftspalt und somit ein Kontakt mit dem Rotor verhindert wird.In the EP 2 413 483 A1 discloses a further generic cooling device, wherein the electric motor to be cooled is used to drive a helicopter rotor. The rotor is connected via a planetary gear with the electric motor, wherein the oil provided for the lubrication of the planetary gear simultaneously serves to cool the stator of the electric motor. The oil thus located for planetary gear and stator in an oil circuit is recooled via located in and / or on the helicopter heat exchanger. The oil circuit comprises at least the winding heads of the stators, which are encapsulated by a jacket, so that entry of the oil into the air gap and thus contact with the rotor is prevented.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kühleinrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass das verwendete Kühlmittel ausschließlich der Kühlung der elektrischen Maschine dient.Against this background, the invention has the object, the cooling device of the type mentioned in such a way that the coolant used is used exclusively for the cooling of the electric machine.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Kühleinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved with a cooling device according to the features of claim 1. The dependent claims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine vorgesehen, wobei die elektrische Maschine ein Gehäuse und in einem Antriebssegment dieses Gehäuses angeordnet, einen Rotor sowie einen Stator aufweist. Der Stator an sich oder Wickelköpfe des Stators sind hierbei mittels eines in unmittelbaren Kontakt tretenden, elektrisch nicht leitenden Maschinenkühlmittels kühlbar und das Maschinenkühlmittel ist zudem über einen Maschinenkühlkreislauf der elektrischen Maschine aus einem Maschinenkühlmittelreservoir zuführbar. Weiterhin ist erfindungsgemäß das Maschinenkühlmittel mittels zumindest eines an einen Elektronikkühlkreislauf einer die elektrische Maschine antreibenden Leistungselektronik angeschlossenen Wärmeübertragers rückkühlbar.According to the invention, therefore, a cooling device is provided for an electric machine, wherein the electric machine has a housing and, arranged in a drive segment of this housing, has a rotor and a stator. The stator per se or winding heads of the stator can be cooled by means of an electrically non-conductive machine coolant passing directly into contact, and the machine coolant can also be supplied from a machine coolant reservoir via a machine cooling circuit of the electric machine. Furthermore, according to the invention, the engine coolant can be re-cooled by means of at least one heat exchanger connected to an electronic cooling circuit of a power electronics unit driving the electric machine.

Die elektrische Maschine, hierbei insbesondere ein Elektromotor, kann aufgrund der direkten Kühlung des Stators oder zumindest der Wickelköpfe des Stators mittels des elektrisch nicht leitenden Maschinenkühlmittels, welches z. B. als ein Kühlöl oder einfach Öl ausgebildet sein kann, bei einem gleichgelagerten Bauvolumen einer mit einem Kühlmantel versehenen und meist wassergekühlten elektrischen Maschine eine höhere Leistung und/oder Drehmoment erzeugen, da der Kühlmantel entfallen und somit ein Stator mit größerem Durchmesser und/oder einer höheren Länge in der elektrischen Maschine angeordnet werden kann.The electric machine, in particular an electric motor, due to the direct cooling of the stator or at least the winding heads of the stator by means of electrically non-conductive machine coolant, which z. B. may be formed as a cooling oil or simply oil, generate at a similar volume of construction provided with a cooling jacket and usually water-cooled electric machine, a higher power and / or torque, since the cooling jacket omitted and thus a stator with a larger diameter and / or a higher length can be arranged in the electric machine.

Um den Kühlmantel entfallen lassen zu können und dem Maschinenkühlmittel lediglich die Funktion der Kühlung der elektrischen Maschine zukommen zu lassen, sind erfindungsgedanklich zwei Kühlkreisläufe, der Maschinenkühlkreislauf und der Elektronikkühlkreislauf, vorgesehen, welche zumindest bezüglich des Stofftransportes getrennt voneinander ausgeführt sind, jedoch mittels des Wärmeübertragers ein Energietransport, insbesondere ein Wärmefluss zwischen den Kühlkreisläufen ermöglicht wird. Hierbei ist vorgesehen, dass durch den Elektronikkühlkreislauf der die elektrische Maschine antreibenden Leistungselektronik das Maschinenkühlmittel rückgekühlt, d. h. die Temperatur des durch den Stator oder die Wickelköpfe des Stators erwärmten Maschinenkühlmittels gesenkt wird. Hierfür ist der Wärmeübertrager entsprechend an den Elektronikkühlkreislauf angeschlossen, was bedeutet, dass der bereits angesprochene Energietransport, insbesondere der Wärmefluss zwischen Maschinenkühlkreislauf und Elektronikkühlkreislauf, ermöglicht wird. Ein etwaiger Stofftransport ist nicht vorgesehen. Es ist dahingehend denkbar, dass der Wärmeübertrager somit als ein Rekuperator ausgebildet ist. Weiterhin ist denkbar, dass das Gehäuse neben dem Antriebssegment weitere Segmente aufweisen könnte.To be able to omit the cooling jacket and to let the machine coolant only the function of cooling the electric machine, two coolant circuits, the machine cooling circuit and the electronics cooling circuit are provided, which are carried out separately from each other at least with respect to the mass transfer, however, by means of the heat exchanger Energy transport, in particular a heat flow between the cooling circuits is made possible. In this case, it is provided that the engine coolant is recooled by the electronic cooling circuit of the power electronics driving the electric machine, d. H. the temperature of the engine coolant heated by the stator or windings of the stator is lowered. For this purpose, the heat exchanger is connected to the electronics cooling circuit accordingly, which means that the already mentioned energy transport, in particular the heat flow between the machine cooling circuit and the electronics cooling circuit, is made possible. A possible mass transfer is not provided. It is thus conceivable that the heat exchanger is thus designed as a recuperator. Furthermore, it is conceivable that the housing could have other segments in addition to the drive segment.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmeübertrager innerhalb des Gehäuses oder einem Teil des Gehäuses der elektrischen Maschine ausgebildet oder außerhalb des Gehäuses an dem Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses angeordnet. Hierdurch ergeben sich zwei jeweils vorteilhafte Positionierungsmöglichkeiten des Wärmeübertragers, welcher somit innerhalb des Gehäuses angeordnet und/oder gar Bestandteil des Gehäuses oder wiederum als separat ausgeführtes Bauteil an dem Gehäuse angeordnet sein kann. Erfolgt eine Ausbildung des Wärmeübertragers innerhalb des Gehäuses, so ist eine äußerst kompakte Ausführungsform der elektrischen Maschine mit hohem Integrationsgrad möglich. Wird hingegen der Wärmeübertrager außerhalb des Gehäuses am Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet, kann beispielsweise durch die Ausführung des Wärmeübertragers mit einer Kühlrippenstruktur, neben der Rückkühlung des Maschinenkühlmittels über den Elektronikkühlkreislauf eine zusätzliche konvektions- und strahlungsbedingte Rückkühlung erreicht werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the heat exchanger is formed within the housing or a part of the housing of the electric machine or arranged outside the housing on the housing or a part of the housing. This results in two respectively advantageous positioning possibilities of the heat exchanger, which thus arranged within the housing and / or even part of the housing or in turn may be arranged as a separately executed component on the housing. If a design of the heat exchanger within the housing, so an extremely compact embodiment of the electrical machine with a high degree of integration is possible. If, on the other hand, the heat exchanger is arranged outside the housing on the housing of the electrical machine, an additional convection-induced and radiation-induced recooling can be achieved, for example, by the design of the heat exchanger with a cooling fin structure in addition to the recooling of the machine coolant via the electronics cooling circuit.

Ist weiterhin der innerhalb des Gehäuses oder einem Teil des Gehäuses ausgebildete Wärmeübertrager inzwischen dem Antriebssegment des Gehäuses und einem die Leistungselektronik aufnehmenden Elektroniksegment des Gehäuses verwirklicht, so ist dies als äußerst gewinnbringend anzusehen, da hierdurch eine Positionierung des Wärmeübertragers in der Schnittstelle zwischen dem im Antriebssegment angeordneten Stator sowie Rotor und der im Elektroniksegment angeordneten Leistungselektronik samt des Elektronikkühlkreislaufes ermöglicht wird. Dies kann zur Folge haben, dass das Maschinenkühlmittel zu dessen Rückkühlung z. B. nicht aufwändig an eine andere Stelle im Gehäuse gebracht werden muss, sondern diese aufgrund der Anordnung zwischen Antriebssegment und Elektroniksegment in simpler Weise, quasi in Strömungsrichtung des Maschinenkühlmittels erfolgen kann. Das Antriebssegment und das Elektroniksegment des Gehäuses oder eines Teiles des Gehäuses sollten dabei stoffundurchlässig gegeneinander abgegrenzt sein. Hierbei ist denkbar, dass das Elektroniksegment und das Antriebssegment ein zusammengehöriges, ein- oder mehrteiliges Gehäuse oder Teil des Gehäuses bilden.Furthermore, if the heat exchanger formed within the housing or a part of the housing is now realized in the drive segment of the housing and an electronics segment of the housing accommodating the power electronics, this can be regarded as extremely profitable since this places the heat exchanger in the interface between the heat exchanger in the drive segment Stator and rotor and arranged in the electronics segment power electronics, including the electronics cooling circuit is made possible. This can have the consequence that the machine coolant for its re-cooling z. B. does not have to be laboriously brought to another location in the housing, but this can be done in a simple manner, quasi in the flow direction of the machine coolant due to the arrangement between the drive segment and electronic segment. The drive segment and the electronics segment of the housing or of a part of the housing should be material-impermeable to one another. In this case, it is conceivable that the electronics segment and the drive segment form a one-piece, one-part or multi-part housing or part of the housing.

Eine überaus vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gegeben, dass die das Maschinenkühlmittel des Maschinenkühlkreislaufes der elektrischen Maschine und ein Elektronikkühlmittel des Elektronikkühlkreislaufes trennenden Übertragerstrukturen des Wärmeübertragers im Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses der elektrischen Maschine ausgeformt sind. Die Übertragerstrukturen des Wärmeübertragers können somit ein Bestandteil des Gehäuses oder eines Teiles des Gehäuses und somit beispielsweise in einer Gehäusewandung ausgeformt sein. Hierbei ist wiederum denkbar, dass die Übertragerstrukturen zwischen dem Elektroniksegment und dem Antriebssegment des Gehäuses oder eines Teiles des Gehäuses verwirklicht sind. Dabei können die Übertragerstrukturen unter anderem durch Kühlrippen, Kühlkanäle und/oder auch Teile von Kühlrippen oder Kühlkanälen gebildet werden. Anzumerken ist, dass das verwendete Elektronikkühlmittel im Gegensatz zum Maschinenkühlmittel auch Wasser sein kann. Es kommt jedoch auch Elektronikkühlmittel in Form von Öl oder sonstigen gängigen Kühlmitteln infrage.A highly advantageous embodiment is also given by the fact that the exchanger structures of the heat exchanger separating the machine coolant of the machine cooling circuit of the electrical machine and an electronic coolant of the electronic cooling circuit are formed in the housing or part of the housing of the electrical machine. The transformer structures of the heat exchanger can thus be a component of the housing or a part of the housing and thus formed, for example, in a housing wall. In this case, it is again conceivable that the transformer structures between the electronic segment and the drive segment of the housing or a part of the housing are realized. In this case, the transmitter structures can be formed, inter alia, by cooling fins, cooling channels and / or parts of cooling fins or cooling channels. It should be noted that the electronic coolant used, unlike the engine coolant, can also be water. However, it is also electronics coolant in the form of oil or other common coolants in question.

Als äußerst praxisgerecht stellt es sich zudem dar, wenn das Maschinenkühlmittelreservoir durch ein Reservoirsegment des Gehäuses oder eines Teiles des Gehäuses innerhalb des Gehäuses ausgeformt ist. Es muss somit kein externes und/oder zusätzliches Maschinenkühlmittelreservoir, beispielsweise in Form eines Kühlmittelbehälters, vorgesehen werden, der das Maschinenkühlmittel aufnehmen kann. Ein solcher zusätzlicher Kühlmittelbehälter kann hierdurch vorteilhaft eingespart werden, was den konstruktiven Aufwand sowie Kosten minimiert. Das Volumen an Maschinenkühlmittel, welches das Maschinenkühlmittelreservoir aufnehmen können sollte, beträgt bis zu einen Liter, insbesondere circa 0,7 Liter.In addition, it proves to be extremely practical if the engine coolant reservoir is formed by a reservoir segment of the housing or a part of the housing within the housing. Thus, it is not necessary to provide an external and / or additional engine coolant reservoir, for example in the form of a coolant reservoir, which can hold the engine coolant. Such an additional coolant tank can be advantageously saved, which minimizes the design effort and costs. The volume of engine coolant that should be able to hold the engine coolant reservoir is up to one liter, especially about 0.7 liters.

Ist überdies das Reservoirsegment des Gehäuses oder eines Teiles des Gehäuses mit dem Antriebssegment des Gehäuses oder eines Teiles des Gehäuses stoffdurchlässig verbunden, so wird es in einfacher Weise ermöglicht, dass das dem Stator oder den Wickelköpfen des Stators zugeführte Maschinenkühlmittel bedingt durch die auf das Maschinenkühlmittel wirkenden Kräfte, wie z. B. die Schwerkraft, von der Applikationsstelle oder den Applikationsstellen am Stator oder den Wickelköpfen des Stators über den Wärmeübertrager zurück in das Maschinenkühlmittelreservoir gelangt. Das Reservoirsegment und das Antriebssegment können einen zusammenhängenden Raum bilden, welcher beispielsweise nicht durch zusätzliche Kühlmittelleitungen verbunden werden muss. Reservoirsegment und Elektroniksegment können im Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses nebeneinander ausgeformt sein, wobei das Antriebssegment schwerkraftbedingt in vertikaler Richtung oberhalb des Reservoirsegmentes und des Elektroniksegmentes angeordnet sein sollte. Moreover, if the reservoir segment of the housing or part of the housing is materially permeable to the drive segment of the housing or part of the housing, it is readily possible for the engine coolant supplied to the stator or windings of the stator to be conditioned by the action of the engine coolant Forces such. B. gravity, from the application site or the application sites on the stator or the windings of the stator passes through the heat exchanger back into the engine coolant reservoir. The reservoir segment and the drive segment can form a coherent space, which for example need not be connected by additional coolant lines. Reservoir segment and electronic segment may be formed side by side in the housing or a part of the housing, wherein the drive segment should be arranged by gravity in the vertical direction above the reservoir segment and the electronics segment.

Eine vielversprechende Weiterbildung der Erfindung ist zudem dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebssegment des Gehäuses zugewandte Kühlrippen der Übertragerstrukturen des im Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses der elektrischen Maschine ausgeformten Wärmeübertragers in ihre Längsrichtung einen konkav ausgeprägten, gekrümmten, insbesondere kreisbogenförmig verlaufenden Umfangsabschnitt aufweisen. Die Kühlrippen sollten somit entsprechend korrespondierend mit dem im Wesentlichen zylindrisch geformten Stator ausgebildet sein, um eine gleichmäßige Beabstandung zu diesem und eine kompakte Bauweise der elektrischen Maschine zu ermöglichen. Diese Ausgestaltung der Kühlrippen ist insbesondere bei einer Verwirklichung der Übertragerstrukturen zwischen dem Antriebssegment und dem Elektroniksegment von Vorteil.A promising development of the invention is also characterized in that the drive segment of the housing facing cooling ribs of the Übertragerstrukturen formed in the housing or a part of the housing of the electrical machine heat exchanger in its longitudinal direction a concave, curved, in particular circular arc-shaped peripheral portion. The cooling fins should thus be correspondingly formed corresponding to the substantially cylindrically shaped stator in order to allow a uniform spacing to this and a compact design of the electric machine. This refinement of the cooling ribs is advantageous in particular when the transformer structures between the drive segment and the electronics segment are realized.

Als überaus erfolgversprechend stellt es sich überdies dar, wenn das Maschinenkühlmittel durch zumindest eine am Außenumfang des Antriebssegmentes des Gehäuses oder eines Teiles des Gehäuses ausgeformte Zuführleitung dem Stator oder den Wickelköpfen des Stators zuführbar ist. Somit könnte die Zuführleitung integraler Bestandteil des Gehäuses oder eines Teiles des Gehäuses sein, d. h. stoffschlüssig mit diesem verbunden und/oder einteilig ausgeprägt sein. Es wäre also vorteilhafterweise nicht notwendig eine solche Zuführleitung als ein eigenständiges Bauteil an dem Gehäuse zu montieren, sondern diese gleichzeitig mit der Herstellung des Gehäuses oder eines Teiles des Gehäuses, beispielsweise in einem Gießvorgang, an diesem auszuformen.Moreover, it proves to be very promising if the machine coolant can be supplied to the stator or the winding heads of the stator by at least one feed line formed on the outer circumference of the drive segment of the housing or of a part of the housing. Thus, the supply line could be an integral part of the housing or part of the housing, i. H. cohesively connected to this and / or be formed in one piece. It would therefore be advantageously not necessary to mount such a supply line as a separate component on the housing, but this simultaneously with the production of the housing or a part of the housing, for example, in a casting process to form this.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung liegt auch darin begründet, dass eine Kühlmittelpumpe zur Förderung des Maschinenkühlmittels am tiefsten Punkt des Maschinenkühlkreislaufes angeordnet ist, wodurch es unter anderem vorteilhaft ermöglicht wird eine nicht selbstansaugende Kühlmittelpumpe zu verwenden. Eine solche nicht selbstansaugende Kühlmittelpumpe birgt den Vorteil, dass diese in der Regel einen einfachen Aufbau aufweist, da keine konstruktiven Maßnahmen zu deren selbsttätigen Entlüftung getroffen werden müssen. Der einfache Aufbau erhöht hierbei die Zuverlässigkeit und minimiert zudem den Kostenaufwand. Der tiefste Punkt des Maschinenkühlmittelkreislaufes stellt insbesondere die Stelle im Maschinenkühlmittelkreislauf dar, an welcher sich das Maschinenkühlmittel im Montagezustand der elektrischen Maschine aufgrund der auf das Maschinenkühlmittel wirkenden Schwerkraft sammeln würde.An expedient development of the invention is also due to the fact that a coolant pump for conveying the engine coolant is arranged at the lowest point of the engine cooling circuit, whereby it is advantageously possible inter alia to use a non-self-priming coolant pump. Such a non-self-priming coolant pump has the advantage that it usually has a simple structure, since no constructive measures must be taken to their automatic venting. The simple construction increases the reliability and also minimizes the cost. Specifically, the lowest point of the engine coolant circuit is the location in the engine coolant loop at which the engine coolant would collect in the assembled state of the electric machine due to gravity acting on the engine coolant.

Ist zudem eine Ausführungsform so gestaltet, dass der außerhalb des Gehäuses an dem Gehäuse oder einem Teil des Gehäuses angeordnete Wärmeübertrager stromabwärts der Leistungselektronik angeordnet ist, wodurch zunächst Leistungselektronik und anschließend der Wärmeübertrager zur Rückkühlung des Maschinenkühlmittels von dem Elektronikkühlmittel durchströmt wird, so kann hierdurch eine vorteilhafte Kühlung der Leistungselektronik sowie des Maschinenkühlmittels erreicht werden. Insbesondere sind durch diese Anordnung die maximale Betriebstemperatur der Leistungselektronik sowie der durch das Maschinenkühlmittel gekühlten elektrischen Maschine gewährbar. Hierbei sollte die maximale Temperatur der elektrischen Maschine eine maximale Temperatur von 150 Grad Celsius und/oder die maximale Temperatur des Maschinenkühlmittels 130 Grad Celsius nicht überschreiten.Moreover, if an embodiment is designed such that the heat exchanger arranged outside the housing on the housing or a part of the housing is arranged downstream of the power electronics, whereby power electronics and subsequently the heat exchanger for recooling the engine coolant are flowed through by the electronic coolant, this can be advantageous Cooling of the power electronics and the machine coolant can be achieved. In particular, by this arrangement, the maximum operating temperature of the power electronics and cooled by the engine coolant electrical machine can be guaranteed. Here, the maximum temperature of the electric machine should not exceed a maximum temperature of 150 degrees Celsius and / or the maximum temperature of the engine coolant 130 degrees Celsius.

Weiterhin ist denkbar, dass das den Stator, Rotor, das Maschinenkühlmittelreservoir sowie die Leistungselektronik umschließende Gehäuse oder der Teil des den Stator, Rotor, das Maschinenkühlmittelreservoir sowie die Leistungselektronik umschließenden Gehäuses einteilig ausgeführt ist.Furthermore, it is conceivable that the housing enclosing the stator, rotor, the machine coolant reservoir and the power electronics or the part of the housing enclosing the stator, rotor, the machine coolant reservoir and the power electronics are made in one piece.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind Ausbildungen in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

1 eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung;
2 einen Teil des Gehäuses der elektrischen Maschine;
3 eine Detaildarstellung eines Wärmeübertragers;
4 eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung.
5 beinhaltet Stand der Technik.

The invention allows numerous embodiments. To further clarify their basic principle, embodiments are shown in the drawing and are described below. The drawing shows in

1 a development of the cooling device according to the invention;
2 a part of the housing of the electric machine;
3 a detailed representation of a heat exchanger;
4 a further development of the cooling device according to the invention.
5 includes state of the art.

1 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung für die elektrische Maschine 1. Dargestellt sind unter anderem der in dem Antriebssegment 3 des Gehäuses 2 angeordnete Rotor 4 sowie der Stator 5 der elektrischen Maschine 1. Das Antriebssegment 3 ist in 1 durch die gestrichelt dargestellte Ellipse gekennzeichnet, wobei dieser gestrichelt gekennzeichnete Bereich nicht als hart abgegrenzt zu verstehen ist. Vorgesehen ist weiterhin, dass der Stator 5 an sich oder die Wickelköpfe 6 des Stators 5 mittels eines in unmittelbaren Kontakt tretenden, elektrisch nicht leitenden Maschinenkühlmittels kühlbar ist. Dieses Maschinenkühlmittel ist dabei über den Maschinenkühlkreislauf der elektrischen Maschine 1 dem Stator 5 oder den Wickelköpfen 6 des Stators 5 über die am Außenumfang 16 des Antriebssegmentes 3 des Gehäuses 2 ausgeformte Zuführleitung 17 aus dem Maschinenkühlmittelreservoir 7 zuführbar. Das Maschinenkühlmittelreservoir 7 ist hierbei durch das in Punkt-Strich-Linie dargestellte Quadrat in Projektion angedeutet. Das dem Stator 5 oder den Wickelköpfen 6 des Stators 5 zugeführte Maschinenkühlmittel ist zudem mittels des an den Elektronikkühlkreislauf der die elektrische Maschine 1 antreibenden Leistungselektronik 8 angeschlossenen Wärmeübertragers 9 rückkühlbar, wobei der Wärmeübertrager 9 in dieser Weiterbildung wie zu erkennen innerhalb des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Der Bereich, in welchem der Wärmeübertrager 9 verwirklicht ist, ist hierbei mittels der in der Darstellung verwendeten gepunkteten Ellipse aufgezeigt. Dieser Bereich, also eben der innerhalb des Gehäuses 2 ausgebildete Wärmeübertrager 9, ist hierbei im Genauen zwischen dem Antriebssegment 3 des Gehäuses 2 und dem die Leistungselektronik 8 aufnehmenden Elektroniksegment 10 des Gehäuses 2 verwirklicht. 1 shows a development of the cooling device according to the invention for the electric machine 1 , Shown are, inter alia, in the drive segment 3 of the housing 2 arranged rotor 4 as well as the stator 5 the electric machine 1 , The drive segment 3 is in 1 indicated by the dashed ellipse, this dashed marked area is not to be understood as hard demarcated. It is also planned that the stator 5 in itself or the winding heads 6 of the stator 5 can be cooled by means of a directly in contact, electrically non-conductive machine coolant. This engine coolant is above the engine cooling circuit of the electric machine 1 the stator 5 or the windings 6 of the stator 5 over the outer circumference 16 of the drive segment 3 of the housing 2 shaped feed line 17 from the engine coolant reservoir 7 fed. The engine coolant reservoir 7 is hereby indicated by the square shown in dot-dash line in projection. That the stator 5 or the windings 6 of the stator 5 supplied engine coolant is also by means of the electronics cooling circuit of the electric machine 1 driving power electronics 8th connected heat exchanger 9 recoolable, the heat exchanger 9 in this development as recognizable within the housing 2 is trained. The area in which the heat exchanger 9 is realized is shown here by means of the dotted ellipse used in the representation. This area, just inside the housing 2 trained heat exchanger 9 , is in the exact range between the drive segment 3 of the housing 2 and the power electronics 8th receiving electronic segment 10 of the housing 2 realized.

In 2 ist ein Teil des Gehäuses 2 dargestellt, wobei erneut der Wärmeübertrager 9 innerhalb dieses Teiles des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Hier ist nochmals deutlich die am Außenumfang 16 des Antriebssegmentes 3 des Teiles des Gehäuses 2 ausgeformte Zuführleitung 17 zu erkennen. Die Zuführleitung 17 weist zudem zwei jeweils den in 1 dargestellten Wickelköpfen 6 zugeordnete Applikationsstellen 19 auf. Der Teil des Gehäuses 2 besteht überdies aus drei Segmenten, dem Antriebssegment 3, dem Elektroniksegment 10 sowie dem Reservoirsegment 12. Hierbei ist das Maschinenkühlmittelreservoir 7 durch eben das sich innerhalb des Gehäuses befindliche Reservoirsegment 12 ausgeformt. Das Reservoirsegment 12 ist dabei mit dem Antriebssegment 3 stoffdurchlässig verbunden und bildet einen zusammengehörigen Raum. Das Elektroniksegment 10, welches sich unterhalb des Wärmeübertragers 9 befindet und durch das mittels der durchgezogenen Ellipse auf die dargestellte Stirnseite des Gehäuses 2 projiziert gekennzeichnet ist, ist im Gegensatz dazu über den Wärmeübertrager 9 stoffundurchlässig vom Antriebssegment 3 des Teiles des Gehäuses 2 und ebenfalls stoffundurchlässig vom Reservoirsegment 12 getrennt. Der in Form eines Plateaus ausgebildete und zwischen dem Antriebssegment 3 und dem Elektroniksegment 10 ausgebildete Wärmeübertrager 9 weist das Maschinenkühlmittel des Maschinenkühlkreislaufes und das Elektronikkühlmittel des Elektronikkühlkreislaufes trennende Übertragerstrukturen 11 auf, welche im Teil des Gehäuses 2, im Genauen in der innerhalb des Gehäuses liegenden und das Plateau bildenden Wandung 20, ausgeformt und somit ein integraler Bestandteil des Teiles des Gehäuses 2 sind. Weiterhin weisen die dem Antriebssegment 3 des Gehäuses 2 zugewandten Kühlrippen 13 der Übertragerstrukturen 11 in ihre Längsrichtung 14 einen konkav ausgeprägten, gekrümmten und kreisbogenförmig verlaufenden Umfangsabschnitt 15 auf.In 2 is a part of the case 2 shown, again the heat exchanger 9 within this part of the housing 2 is trained. Here is again clearly on the outer circumference 16 of the drive segment 3 of the part of the housing 2 shaped feed line 17 to recognize. The feed line 17 also has two each in the 1 illustrated winding heads 6 assigned application sites 19 on. The part of the housing 2 It also consists of three segments, the drive segment 3 , the electronics segment 10 as well as the reservoir segment 12 , Here is the engine coolant reservoir 7 just by the reservoir segment located inside the housing 12 formed. The reservoir segment 12 is with the drive segment 3 permeable to substances and forms a coherent space. The electronics segment 10 , which is below the heat exchanger 9 located and by the means of the solid ellipse on the illustrated end face of the housing 2 projected is, in contrast, via the heat exchanger 9 fabric impermeable from the drive segment 3 of the part of the housing 2 and also impermeable to the reservoir segment 12 separated. The formed in the form of a plateau and between the drive segment 3 and the electronics segment 10 trained heat exchanger 9 The engine coolant of the engine cooling circuit and the electronics coolant of the electronics cooling circuit have separating transformer structures 11 on which in the part of the housing 2 , in detail in the inside of the housing lying and forming the plateau wall 20 , formed and thus an integral part of the part of the housing 2 are. Furthermore, they have the drive segment 3 of the housing 2 facing cooling fins 13 the transformer structures 11 in their longitudinal direction 14 a concave, curved and circular arc extending peripheral portion 15 on.

3 zeigt eine Detaildarstellung des Wärmeübertragers 9, welcher inzwischen dem in 1 dargestellten Antriebssegment 3 und dem Elektroniksegment 10 des Gehäuses 2 im Gehäuse 2 ausgebildet ist. In gleicher Weise wie in 2 dargestellt, trennen die Übertragerstrukturen 11 des Wärmeübertragers 9 das Maschinenkühlmittel des Maschinenkühlkreislaufes und das Elektronikkühlmittel des Elektronikkühlkreislaufes. Hierbei bestehen die Übertragerstrukturen 11 des Wärmeübertragers aus den Kühlrippen 13, der Wandung 20 des Gehäuses 2 sowie den Kühlkanälen 21, wobei diese vom Elektronikkühlmittel durchströmbar ausgestaltet sind. 3 shows a detailed view of the heat exchanger 9 , which meanwhile the in 1 illustrated drive segment 3 and the electronics segment 10 of the housing 2 in the case 2 is trained. In the same way as in 2 shown, disconnect the transformer structures 11 of the heat exchanger 9 the engine coolant of the engine cooling circuit and the electronics coolant of the electronics cooling circuit. Here are the Übertragerstrukturen 11 the heat exchanger from the cooling fins 13 , the wall 20 of the housing 2 as well as the cooling channels 21 , which are designed to be flowed through by the electronic coolant.

4 beinhaltet eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung für die elektrische Maschine 1, wobei der Wärmeübertrager 9 außerhalb des Gehäuses 2 an dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Hierbei ist vorgesehen, dass der sich außerhalb des Gehäuses 2 befindende Wärmeübertrager 9 stromabwärts zu der in 1 dargestellten Leistungselektronik 8 angeordnet ist, wodurch zunächst die Leistungselektronik 8 und anschließend der Wärmeübertrager 9 zur Rückkühlung des Maschinenkühlmittels von dem Elektronikkühlmittel durchströmt wird. Zudem ist in 4 die Kühlmittelpumpe 18 zur Förderung des Maschinenkühlmittels aufgezeigt, welche am tiefsten Punkt des Maschinenkühlkreislaufes angeordnet ist. 4 includes a development of the cooling device according to the invention for the electric machine 1 , wherein the heat exchanger 9 outside the case 2 on the housing 2 is arranged. It is provided that the outside of the housing 2 located heat exchanger 9 downstream to the in 1 shown power electronics 8th is arranged, whereby first the power electronics 8th and then the heat exchanger 9 for recooling the engine coolant is flowed through by the electronic coolant. Moreover, in 4 the coolant pump 18 shown for promoting the engine coolant, which is located at the lowest point of the machine cooling circuit.

5 zeigt bisherigen Stand der Technik, welcher unter Verwendung eines Kühlmantels 22 ausgeführt ist. Im Vergleich weist in 1 dargestellte Stator 5 sowohl einen größeren Durchmesser als auch eine höhere Länge auf, welche durch den Wegfall des Kühlmantels 22 ermöglicht werden. 5 shows prior art, which using a cooling jacket 22 is executed. In comparison, points in 1 illustrated stator 5 both a larger diameter and a higher length, which by eliminating the cooling jacket 22 be enabled.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Elektrische MaschineElectric machine
22: Gehäusecasing
33: Antriebssegmentdrive segment
44: Rotorrotor
55: Stator stator
66: Wickelkopfwinding
77: MaschinenkühlmittelreservoirEngine coolant reservoir
88th: Leistungselektronikpower electronics
99: WärmeübertragerHeat exchanger
1010: Elektroniksegment electronics segment
1111: Übertragerstrukturtransducer structure
1212: Reservoirsegmentreservoir segment
1313: Kühlrippencooling fins
1414: Längsrichtunglongitudinal direction
1515: Umfangsabschnitt peripheral portion
1616: Außenumfangouter periphery
1717: Zuführleitungfeed
1818: KühlmittelpumpeCoolant pump
1919: Applikationsstelleapplication site
2020: Wandung wall
2121: Kühlkanalcooling channel
2222: Kühlmantelcooling jacket

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2016/087225 A1 [0006]
EP 2413483 A1 [0007]

Claims

Cooling device for an electric machine (1), wherein the electric machine (1) has a housing (2) and a rotor (4) and a stator (5) arranged in a drive segment (3) of this housing (2), wherein the stator (5) per se or winding heads (6) of the stator (5) by means of a direct contact, electrically non-conductive machine coolant cooled and the engine coolant via a machine cooling circuit of the electric machine (1) from a machine coolant reservoir (7) can be fed, characterized in that the engine coolant can be re-cooled by means of at least one heat exchanger (9) connected to an electronic cooling circuit of a power electronics (8) driving the electric machine (1).

Cooling device after Claim 1 , characterized in that the heat exchanger (9) within the housing (2) or a part of the housing (2) of the electric machine (1) or outside the housing (2) on the housing (2) or a part of the housing ( 2) is arranged.

Cooling device according to claims 1 or 2, characterized in that within the housing (2) or a part of the housing (2) formed heat exchanger (9) between the drive segment (3) of the housing (2) and a power electronics (8) receiving electronic segment (10) of the housing (2) is realized.

Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the transmitter coolant structures (11) of the heat exchanger (9) separating the machine coolant of the machine cooling circuit of the electric machine (1) and an electronic coolant of the electronic cooling circuit in the housing (2) or a part of the housing (2 ) of the electric machine (1) are formed.

Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the machine coolant reservoir (7) through a reservoir segment (12) of the housing (2) or a part of the housing (2), within the housing (2) is formed.

Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the reservoir segment (12) of the housing (2) or of a part of the housing (2) with the drive segment (3) of the housing (2) or a part of the housing (2) permeable to material connected is.

Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the drive segment (3) of the housing (2) facing cooling ribs (13) of the Übertragerstrukturen (11) in the housing (2) or a part of the housing (2) of the electric machine ( 1) formed heat exchanger (9) in its longitudinal direction (14) has a concave, curved, in particular circular arc-shaped peripheral portion (15).

Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the machine coolant by at least one on the outer periphery (16) of the drive segment (3) of the housing (2) or a part of the housing (2) formed supply line (17) the stator (5) or the winding heads (6) of the stator (5) can be fed.

Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a coolant pump (18) for conveying the engine coolant at the lowest point of the machine cooling circuit is arranged.

Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the outside of the housing (2) on the housing (2) or a part of the housing (2) arranged heat exchanger (9) downstream of the power electronics (8) is arranged, whereby first power electronics (8) and then the heat exchanger (9) for recooling the engine coolant is flowed through by the electronic coolant.