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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse mit einem Kühlmantel, eine elektrische Maschine mit solch einem Gehäuse sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einer elektrischen Maschine.
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Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt, deren Stator von einem den Stator umgebenden Kühlmantel gekühlt wird. Der Kühlmantel wird durch einen mäanderförmigen Kühlkanal ausgebildet, der von einem Kühlmedium durchströmt wird. Eine solche Kühlmantel-Kühlung für eine elektrische Maschine ist aus der
EP 0 967 708 A2 bekannt. Bei derartigen Kühlmantelkühlungen ist jedoch eine Kühlwirkung in Umfangsrichtung nicht gleichmäßig verteilt, da die Kühlwirkung am Kühlmedium-Eingang größer ist als am Kühlmedium-Ausgang, da das Kühlmedium auf dem Weg vom Kühlmedium-Eingang bis zum Kühlmedium-Ausgang kontinuierlich Wärmeenergie aufnimmt.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gehäuse mit einem verbesserten Kühlmantel bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit einem Gehäuse gemäß Anspruch 1, einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 10 und einem Fahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Gehäuse, insbesondere für eine elektrische Maschine, bereitgestellt, mit einem Fluideinlass; einem Fluidauslass; einem sich vom Fluideinlass zum Fluidauslass erstreckenden, in einer Gehäusewandung ausgebildeten Kühlmantel, der ringartig eine Mittelachse umgibt (wobei sich „ringartig“ auf die Querschnittsebene senkrecht zur Mittelachse bezieht) und von Fluid durchströmbar ist; wobei der Kühlmantel in mehrere, in Umfangsrichtung (um die Mittelachse herum) benachbarte Kühlmantel-Segmente unterteilt ist, von denen jedes einen Segment-Eingang und einen Segment-Ausgang für das Fluid aufweist, wobei das Fluid stromabwärts des Fluideinlasses an einer ersten Verzweigung in zwei Teilströme aufgeteilt wird, die zu unterschiedlichen Kühlmantel-Segmenten führen. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, dass sich durch die Aufteilung in mehrere Kühlmantel-Segmente, das kühle Fluid vor oder zu Beginn der Aufnahme von Wärmeenergie auf mehrere Kühlmantel-Segmente aufgeteilt wird und somit der Eintrag des kühlen Fluids (Kühlmedium) trotz eines einzigen Fluideinlasses an mehreren Stellen in Umfangsrichtung stattfindet. Auf diese Art und Weise kann in Umfangsrichtung gesehen eine gleichmäßigere Kühlung erreicht werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Kühlmantel-Segmente zumindest ein erstes und zweites Kühlmantel-Segment auf, deren Segment-Eingänge mit dem Fluideinlass und deren Segment-Ausgänge mit dem Fluidauslass verbunden sind, wobei der Segment-Eingang des zweiten Kühlmantel-Segments unter Umleitung (insbesondere des mäanderförmigen Kühlkanals) des ersten Kühlmantel-Segments mit dem Fluideinlass verbunden ist und der Segment-Ausgang des ersten Kühlmantel-Segments unter Umleitung (insbesondere des mäanderförmigen Kühlkanals) des zweiten Kühlmantel-Segments mit dem Fluidauslass verbunden ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Umleitung jeweils mittels einer Bypassleitung realisiert, die in Umfangsrichtung verläuft.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist jedes Kühlmantel-Segment einen mäanderförmigen Kühlkanal auf, an dessen einem Ende der Segment-Eingang des Kühlmantel-Segments und an dessen anderem Ende der Segment-Ausgang des Kühlmantel-Segments ausgebildet ist. Der mäanderförmige Kühlkanal verteilt das Fluid großflächig und unter guter Flächenausnutzung über die zu kühlende Fläche.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die mäanderförmigen Kühlkanäle der Kühlmantel-Segmente so ausgerichtet, dass jeweils zwei benachbarte, geradlinige Abschnitte angepasst sind, ein Fluid in den Kühlkanälen in entgegengesetzte Richtungen zu führen, wobei die geradlinigen Abschnitte quer, insbesondere senkrecht, zu einer Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung teilt sich einer der Teilströme, stromabwärts der ersten Verzweigung, an einer zweiten Verzweigung wiederum in zwei Teilströme auf, die zu unterschiedlichen Kühlmantel-Segmenten führen. Damit sind zumindest drei Kühlmantel-Segmente vorhanden, so dass die Kühlwirkung noch gleichmäßiger in Umfangsrichtung verteilt ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Gehäuse mit insgesamt drei Kühlmantel-Segmenten versehen, wobei in der Umfangsrichtung das erste, das zweite und ein drittes Kühlmantel-Segment nacheinander in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Segment-Eingang des ersten Kühlmantel-Segments mit dem Fluideinlass verbunden und der Segment-Ausgang des ersten Kühlmantel-Segments unter Umleitung (insbesondere des mäanderförmigen Kühlkanals) des zweiten und dritten Kühlmantel-Segments mit dem Fluidauslass verbunden, sowie der Segment-Eingang des zweiten Kühlmantel-Segments unter Umleitung (insbesondere des mäanderförmigen Kühlkanals) des ersten Kühlmantel-Segments mit dem Fluideinlass verbunden und der Segment-Ausgang des zweiten Kühlmantel-Segments unter Umleitung (insbesondere des mäanderförmigen Kühlkanals) des dritten Kühlmantel-Segments mit dem Fluidauslass verbunden, und ferner der Segment-Eingang des dritten Kühlmantel-Segments unter Umleitung (insbesondere des mäanderförmigen Kühlkanals) des ersten und zweiten Kühlmantel-Segments mit dem Fluideinlass verbunden und der Segment-Ausgang des dritten Kühlmantel-Segments mit dem Fluidauslass verbunden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Fluid ein Kühl- oder Kältemittel. Insbesondere ist das Kühl- oder Kältemittel eine Flüssigkeit.
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Darüber hinaus stellt die Erfindung eine elektrische Maschine mit solch einem Gehäuse und ein Kraftfahrzeug mit solch einer elektrischen Maschine bereit.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
- 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Gehäuses für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Kühlmantels, insbesondere mit Blick auf ein erstes Kühlmantel-Segment, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Kühlmantels aus 2 aus einer anderen Perspektive, insbesondere mit Blick auf ein zweites Kühlmantel-Segment;
- 4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Kühlmantels aus den 2 und 3 aus einer anderen Perspektive, insbesondere mit Blick auf ein drittes Kühlmantel-Segment;
- 5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Gehäuses aus 1 mit eingezeichnetem Kühlmantel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Kühlmantels, insbesondere mit Blick auf ein erstes Kühlmantel-Segment, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 7 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Kühlmantels aus 6 aus einer anderen Perspektive, insbesondere mit Blick auf ein zweites und drittes Kühlmantel-Segment;
- 8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Kühlmantels aus den 6 und 7 aus einer anderen Perspektive, insbesondere mit Blick auf ein drittes Kühlmantel-Segment.
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1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Gehäuses 1 für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Maschine ist ein elektromechanischer Wandler, beispielsweise ein Elektromotor oder Generator. Das Gehäuse 1 ist beispielsweise im Wesentlichen hohlzylinderförmig, wobei eine Mittelachse 2 des Gehäuses 1 einer Mittelachse des Hohlzylinders entspricht. Das Gehäuse 1 ist aus Metall gegossen, vorzugsweise aus Aluminium. Im Inneren des Gehäuses 1 ist ein Rotor (nicht dargestellt) um die Mittelachse 2 drehbar gelagert, der mit einem bezüglich des Gehäuses 1 ortsfesten Stator (nicht dargestellt) zusammenwirkt. In der Gehäusewandung des Gehäuses 1 ist ein Kühlmantel ausgebildet, der im Folgenden näher erläutert wird. Der Kühlmantel muss jedoch nicht zwangsläufig in der Gehäusewandung ausgebildet sein, sondern kann auch als separates Bauteil ausgebildet sein, welches, beispielsweise konzentrisch, auf der Innenseite oder der Außenseite der Gehäusewandung angeordnet ist, beispielsweise eingebettet in ein hohlzylinderförmiges Bauteil oder in Form von nicht-eingebetteten Leitungen.
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Die 2 bis 4 zeigen dreidimensionale Darstellungen des Kühlmantels 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel aus unterschiedlichen Perspektiven. Insbesondere zeigen die Figuren die Form des Kühlmantels 3, wie dieser in der Gehäusewandung eingebettet ist. Dies kann beispielsweise durch ein Gießverfahren realisiert werden, indem beim Gießen des Gehäuses 1 in der Gehäusewandung ein Gießkern in der Form der gezeigten Abbildungen eingelegt wird.
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Der erfindungsgemäße Kühlmantel 3 wird durch Kühlkanäle 4, 5, 6 gebildet, in die über einen einzigen Fluideinlass 7 ein Fluid einleitbar ist, welches nach dem Durchströmen der Kühlkanäle über einen einzigen Fluidauslass 8 aus dem Kühlmantel 3 abführbar ist. Das Fluid ist dabei ein Kühl- oder Kältemittel, insbesondere in Form einer Flüssigkeit, eines Kühl- oder Kältekreislauf. Die Kühlkanäle 4 bis 6 des Kühlmantels 3 sind in Form eines Hohlzylinders angeordnet, dessen Mittelachse der Mittelachse 2 entspricht. Der Kühlmantel 3 ist in mehrere Kühlmantel-Segmente 9, 10 und 11 unterteilt, die in den Figuren in unterschiedlichen Füllmustern dargestellt sind. Das Kühlmantel-Segment 9 bzw. der Kühlkanal 4 ist mit einer Schraffur in Form gestrichelter Linien versehen, die in den 2 bis 4 von rechts unten nach links oben verläuft. Das Kühlmantel-Segment 10 bzw. der Kühlkanal 5 ist mit einer Schraffur in Form durchgehender Linien versehen, die in den 2 bis 4 von rechts unten nach links oben verläuft. Das Kühlmantel-Segment 11 bzw. der Kühlkanal 6 ist mit einer Schraffur in Form durchgehender Linien versehen, die in den 2 bis 4 von links unten nach rechts oben verläuft. Jedes Kühlmantel-Segment 9, 10, 11 wird durch einen, insbesondere mäanderförmigen, Kühlkanal 4, 5, 6 ausgebildet. Jeder dieser mäanderförmigen Kühlkanäle 4, 5, 6 erstreckt sich innerhalb eines Zylindersegments der hohlzylindrischen Form des Kühlmantels 3. Ein mäanderförmiger Kühlkanalverlauf ist bevorzugt, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und es sind auch andere Kühlkanalverläufe möglich, beispielsweise axial oder in Umfangsrichtung (bzgl. Mittelachse 2) verlaufende Kühlkanalabschnitte, welche über Querverbindungen verbunden sind. Die Mäanderform der Kühlkanäle 4, 5, 6 wird erreicht durch in Axialrichtung (bzgl. Mittelachse 2) verlaufende, geradlinige Kühlkanalabschnitte, deren Längsenden abwechselnd verbunden sind. Jedes dieser Kühlmantel-Segmente 9 bis 11 hat einen Segment-Eingang 12, 13, 14 und einen Segment-Ausgang 15, 16, 17. Genauer bildet jeweils ein Ende des Kühlkanals 4, 5, 6 des jeweiligen Kühlmantel-Segments 9, 10, 11 den Segment-Eingang 12, 13, 14 und das andere Ende des Kühlkanals 4, 5, 6 den Segment-Ausgang 15, 16, 17. Die Kühlmantel-Segmente 9, 10, 11 sind in Umfangsrichtung gesehen (bzgl. Mittelachse 2) nacheinander und benachbart zueinander angeordnet. Ausgehend von dem Fluideinlass 7 wird der Kühlmantel 3 durch ein erstes Kühlmantel-Segment 9, ein zweites Kühlmantel-Segment 10 und ein drittes Kühlmantel-Segment 11 gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf drei Kühlmantel-Segmente beschränkt. Der Kühlmantel 3 könnte auch in zwei oder mehr als drei Kühlmantel-Segmente unterteilt sein. Alle der Segment-Eingänge 12, 13, 14 sind mit dem Fluideinlass 7 verbunden und alle der Segment-Ausgänge 15, 16, 17 sind mit dem Fluidauslass 8 verbunden. Dies wird dadurch erreicht, dass jeder der Segment-Eingänge 12, 13, 14 unter Umleitung der anderen Kühlmantel-Segmente, genauer der mäanderförmigen Kühlkanäle dieser anderen Segmente, oder direkt (d.h. umleitungsfrei bzw. ohne dazwischenliegende andere Kühlmantel-Segmente) mit dem Fluideinlass 7 verbunden ist. Ebenso ist jeder der Segment-Ausgänge 15, 16, 17 unter Umleitung der anderen Kühlmantel-Segmente, genauer der mäanderförmigen Kühlkanäle dieser anderen Segmente, oder direkt (d.h. umleitungsfrei bzw. ohne dazwischenliegende andere Kühlmantel-Segmente) mit dem Fluidauslass 8 verbunden ist. Diese Umleitung wird durch Bypassleitungen 18, 19, 20, 21 realisiert, die in Umfangsrichtung innerhalb der Hohlzylinderform des Kühlmantels 3 verlaufen. Auch wenn die Bypassleitungen in den Figuren in dem Muster der Kühlmantel-Segmente dargestellt sind, sind sie im Rahmen dieser Beschreibung nicht als Bestandteil der Kühlmantel-Segmente zu betrachten, sondern verbinden die Kühlmantel-Segmente untereinander, mit dem Fluideinlass 7 oder dem Fluidauslass 8.
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Genauer ist stromabwärts des Fluideinlasses 7 eine erste Verzweigung 22 vorgesehen, welche den Fluidstrom in zwei Teilströme aufteilt. Einer der Teilströme führt direkt zum Segment-Eingang 12 des ersten Kühlmantel-Segments 9. Der andere Teilstrom führt über die Bypassleitung 18 zu einer zweiten Verzweigung 23. Die zweite Verzweigung 23 teilt den Teilstrom der Bypassleitung 18 wiederum in zwei Teilströme auf, von denen einer direkt zum Segment-Eingang 13 des zweiten Kühlmantel-Segments 10 führt und der andere über die Bypassleitung 19 zu dem Segment-Eingang 14 des dritten Kühlmantel-Segments 11 führt. Über die Querschnittsauslegung der Bypassleitungen 18 bis 21 kann mit einfachen Mitteln eine gleichmäßige Aufteilung der Teilströme auf die verschiedenen Kühlmantel-Segmente erreicht werden. Der Segment-Ausgang 15 des ersten Kühlmantel-Segments 9 führt über die Bypassleitung 20 zu einer dritten Verzweigung 24, an welcher der Segment-Ausgang 16 des zweiten Kühlmantel-Segments 10 und die Bypassleitung 20 zusammengeführt werden und über die Bypassleitung 21 weiter zu einer vierten Verzweigung 25 geführt werden, an der die Bypassleitung 21 mit dem Segment-Ausgang 17 des dritten Kühlmantel-Segments 11 zusammengeführt und zum Fluidauslass 8 geführt wird. Selbstverständlich kann im Rahmen dieser Erfindung die Strömungsrichtung auch umgekehrt werden, so dass das Bezugszeichen 7 einen Fluidauslass und das Bezugszeichen 8 einen Fluideinlass kennzeichnet.
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5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Gehäuses 1 aus 1, wobei in 5 der in die Gehäusewandung eingebettete Kühlmantel angedeutet ist. Der in 5 angedeutete Kühlmantel entspricht dem vorstehend beschriebenen Prinzip, ist jedoch im Vergleich zu dem in den 4 bis 6 gezeigten Kühlmantel 3 etwas modifiziert. Dieser modifizierte Kühlmantel 103 wird nachfolgend anhand der 6 bis 8 etwas genauer erläutert, wobei nur Unterschiede zum vorstehend beschriebenen Kühlmantel 3 beschrieben werden. Im Übrigen wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die Beschreibung des Kühlmantels 3 verwiesen.
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Der Kühlmantel 103 ist ebenfalls in drei Kühlmantel-Segmente unterteilt. Eine erste Verzweigung 122 ist jedoch nicht wie die Verzweigung 22 direkt beim Fluideinlass 7, sondern weiter stromabwärts angeordnet. So ist beim Kühlmantel 103 zwischen dem Fluideinlass 7 und der ersten Verzweigung 122 ein mäanderförmiger Kühlkanal 126 zwischengeschaltet ist. Dies hat bauraumtechnische Vorteile. Die erste Verzweigung 122 teilt den Fluidstrom vom Fluideinlass 7 in zwei Teilströme auf. Einer der Teilströme führt direkt zum Segment-Eingang 112 des ersten Kühlmantel-Segments 109. Der andere Teilstrom führt über die Bypassleitung 118 zu einer zweiten Verzweigung 123. Die zweite Verzweigung 123 teilt den Teilstrom der Bypassleitung 118 wiederum in zwei Teilströme auf, von denen einer direkt zum Segment-Eingang 113 des zweiten Kühlmantel-Segments 110 führt und der andere über die Bypassleitung 119 zu dem Segment-Eingang 114 des dritten Kühlmantel-Segments 111 führt. Der Segment-Ausgang 115 des ersten Kühlmantel-Segments 109 führt über die Bypassleitung 120 zu einer dritten Verzweigung 124, an welcher der Segment-Ausgang 116 des zweiten Kühlmantel-Segments 110 und die Bypassleitung 120 zusammengeführt werden und über die Bypassleitung 121 weiter zu einer vierten Verzweigung 125 geführt werden, an der die Bypassleitung 121 mit dem Segment-Ausgang 117 des dritten Kühlmantel-Segments 111 zusammengeführt und zum Fluidauslass 108 geführt werden.
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Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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