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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft elektrische Maschinen und insbesondere das Kühlen von elektrischen Maschinen.
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HINTERGRUND
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Elektrische Maschinen, die alternativ dazu als Motoren und/oder Generatoren bezeichnet werden können, enthalten in der Regel einen Rotor und einen Stator. Der Stator enthält mehrere elektrische Spulenwicklungen, die mit elektrischem Strom versorgt werden können, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Der Rotor erzeugt ein zweites, drehendes Magnetfeld, z. B. durch Dauermagneten oder über einen zweiten Satz elektrischer Spulenwicklungen. Um eine erhöhte Leistung zu erhalten und die Lebensdauer des Motors zu verlängern, ist es wünschenswert, die Spulenwicklungen zu kühlen.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält einen Stator. Der Stator weist mehrere darin definierte Schlitze auf. In den Schlitzen sind mehrere Drahtwicklungen angeordnet. Die Drahtwicklungen bilden Wickelköpfe an Enden des Stators. Eine Abdeckung ist um die Wickelköpfe herum angeordnet. Ein Kühlmittelmantel ist zwischen einer inneren Fläche der Abdeckung und dem Stator definiert. Die Abdeckung enthält mehrere Strömungsunterbrechungselemente, die sich aus der inneren Fläche in den Kühlmittelmantel hinein erstrecken.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform enthält die elektrische Maschine mehrere Kühlmittelkanäle, die sich durch die Abdeckung in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelmantel erstrecken. Eine Kühlmittelzuleitung ist mit mindestens einem der Kühlmittelkanäle gekoppelt. Die Kühlmittelzuleitung ist dazu ausgelegt, ein Kühlmittelfluid an den Kühlmittelmantel bereitzustellen. Das Kühlmittelfluid kann einen Kohlenwasserstoffschmierstoff enthalten.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist die Abdeckung im Allgemeinen als ein kreisförmiger Ring mit einem ersten umlaufenden Teil und einem zweiten umlaufenden Teil ausgeformt. Der erste umlaufende Teil weist die mehreren Strömungsunterbrechungselemente auf, die sich aus der inneren Fläche erstrecken. Der zweite umlaufende Teil weist keine Strömungsunterbrechungselemente auf, die sich aus der inneren Fläche erstrecken.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform enthält die Abdeckung eine äußere Schale und eine Zwischenschale. In einer derartigen Ausführungsform ist die innere Fläche mit den Strömungsunterbrechungselementen eine innere Fläche der Zwischenschale. Die Zwischenschale weist auch eine äußere Fläche der Zwischenschale auf, und die äußere Schale weist eine innere Fläche der äußeren Schale auf. Ein zweiter Kühlmittelmantel ist zwischen der inneren Fläche der äußeren Schale und der äußeren Fläche der Zwischenschale definiert. Der zweite Kühlmittelmantel steht in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelmantel.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst die Abdeckung ein Epoxidmaterial.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform bilden die mehreren Strömungsunterbrechungselemente eine integrale Einheit mit der Abdeckung.
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Ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält das Bereitstellen einer elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine enthält einen Stator mit darin definierten Schlitzen und in den Schlitzen angeordneten Drahtwicklungen. Die Drahtwicklungen bilden Wickelköpfe an gegenüberliegenden Enden des Stators. Das Verfahren enthält zusätzlich das Anordnen einer Abdeckung um die Wickelköpfe herum, um einen Kühlmittelmantel zwischen einer inneren Fläche der Abdeckung und dem Stator zu definieren. Die Abdeckung enthält mehrere Strömungsunterbrechungselemente, die sich aus der inneren Fläche in den Kühlmittelmantel hinein erstrecken.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform enthält das Verfahren zusätzlich das Bereitstellen eines Kühlmittelfluids an den Kühlmittelmantel. Gemäß einer Variante der Ausführungsform enthält die Abdeckung mehrere Kühlmittelkanäle, die sich durch die Abdeckung erstrecken und in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelmantel stehen, und eine Kühlmittelzuleitung, die mit mindestens einem der Kühlmittelkanäle gekoppelt ist. In einer derartigen Ausführungsform umfasst das Bereitstellen eines Kühlmittelfluids das Bereitstellen eines Kühlmittelfluids über die Kühlmittelzuleitung.
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Ein Elektromotor gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält einen Stator. Der Stator weist ein erstes Ende, ein zweites Ende und einen mittleren Teil auf, der sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt. Der mittlere Teil weist Auswölbungen auf, die sich daraus erstrecken, wodurch sie zwischen den Auswölbungen Schlitze definieren. In den Schlitzen sind mehrere Drahtwicklungen angeordnet. Die mehreren Drahtwicklungen enthalten Wickelköpfe in der Nähe sowohl des ersten Endes und des zweiten Endes des Stators. Der Elektromotor enthält mindestens ein um die Wickelköpfe herum angeordnetes Gehäuse. Das Gehäuse weist eine innere Fläche auf, wobei ein Kühlmittelhohlraum zwischen der inneren Fläche und dem Stator definiert ist. Das Gehäuse enthält mehrere Turbulenzerzeugungselemente, die sich aus der inneren Fläche in den Kühlmittelhohlraum hinein erstrecken.
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Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise stellt die vorliegende Offenbarung eine Kühlmittelvorrichtung für Wickelköpfe einer elektrischen Maschine bereit, die eine stetige Kühlung aller Wickelköpfe bereitstellt, wodurch Hotspots vermieden werden, die die elektrische Maschine erodieren können. Dies kann die Zuverlässigkeit verbessern und wiederum die Kundenzufriedenheit erhöhen.
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Der obige Vorteil und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer elektrischen Maschine;
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3A–3C sind verschiedene Ansichten einer Ausführungsform einer Kühlmittelvorrichtung für eine elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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4–7 sind Querschnittsansichten verschiedener alternativer Ausführungsformen von Kühlmittelvorrichtungen für eine elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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8 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Kühlmittelvorrichtung für eine elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
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9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie erfordert, werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hier offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist.
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1 bildet schematisch ein Beispiel eines Plug-in-Hybridelektrofahrzeugs (PHEV – Plug-in Hybrid Electric Vehicle) ab, das hier als Fahrzeug 12 bezeichnet wird. Während 1 ein PHEV abbildet, können Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung in einem Vollhybridelektrofahrzeug (FHEV – Full Hybrid Electric Vehicle), Mildhybridelektrofahrzeug (MHEV – Mild Hybrid Electric Vehicle), Batterieelektrofahrzeug (BEV – Battery Electric Vehicle) oder anderen Fahrzeugtypen wie angemessen ausgeführt werden.
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Das Fahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrische Maschine 14 kann in der Lage sein, als ein Motor und/oder als ein Generator zu arbeiten. Zusätzlich kann das Hybridgetriebe 16 mit einer Kraftmaschine 18 mechanisch verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann auch mit einer Antriebswelle 20 mechanisch verbunden sein, die mit den Rädern 22 mechanisch verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können eine Antriebs- und Verlangsamungsleistung bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 14 können auch als Generatoren fungieren und können die Kraftstoffwirtschaftlichkeit erhöhen, indem sie Energie zurückgewinnen, die im Reibungsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 14 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, weil das Hybridelektrofahrzeug 12 unter gewissen Bedingungen im Elektromodus oder im Hybridmodus betrieben werden kann, um den Gesamtkraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 12 zu verringern.
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Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 24 speichert und stellt Energie bereit, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 kann eine Hochvoltgleichstromausgabe aus einem oder mehreren Batteriezellenarrays in der Traktionsbatterie 24 bereitstellen, die manchmal auch als Batteriezellenstapel bezeichnet werden. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen enthalten. Die Traktionsbatterie 24 kann mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 durch ein oder mehrere Schütze (nicht dargestellt) elektrisch verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren im geöffneten Zustand die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten und verbinden im geschlossenen Zustand die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten. Das Leistungselektronikmodul 26 ist ebenfalls mit den elektrischen Maschinen 14 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 bereit. Zum Beispiel kann die Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 zum Funktionieren möglicherweise eine Dreiphasenwechselspannung benötigen. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie er von den elektrischen Maschinen 14 benötigt wird. In einem Rekuperationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung von den als Generatoren dienenden elektrischen Maschinen 14 in die von der Traktionsbatterie 24 benötigte Gleichspannung umwandeln. Teile der Beschreibung hierin sind gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebe sein, das mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und die Kraftmaschine 18 ist möglicherweise nicht vorhanden.
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Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein Gleichspannungswandlermodul 28 kann den Hochvoltgleichstromausgang der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandeln, die kompatibel mit anderen Fahrzeuglasten ist. Andere Hochvoltlasten, wie etwa Verdichter und elektrische Heizungen, können direkt mit der hohen Spannung verbunden sein, ohne dass ein Gleichspannungswandlermodul 28 verwendet wird. Die Niederspannungssysteme können mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-V-Batterie) elektrisch verbunden sein.
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Ein Batterieelektroniksteuermodul (BECM – Battery Electrical Control Module) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 dienen und kann zudem ein elektronisches Überwachungssystem enthalten, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen steuert. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 aufweisen, wie etwa einen Thermistor oder ein anderes Temperaturanzeiger. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Der Temperatursensor 31 kann sich auch an oder in der Nähe der Batteriezellen in der Traktionsbatterie 24 befinden. Es wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass mehr als ein Temperatursensor 31 verwendet werden kann, um die Temperatur der Batteriezellen zu überwachen.
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Die Traktionsbatterie 24 kann durch eine externe Leistungsquelle 36 aufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann eine Verbindung zu einer elektrischen Steckdose sein. Die externe Stromquelle 36 kann mit der Elektrofahrzeugversorgungseinrichtung (EVSE) 38 elektrisch verbunden sein. Die EVSE 38 kann Schaltungen und Steuerungen zum Regeln und Steuern der Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromleistung bereitstellen. Die EVSE 38 kann ein Ladeverbindungselement 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann jeder Anschlusstyp sein, der dazu ausgelegt ist, Leistung von der EVSE 38 zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann mit einem Ladegerät oder einem fahrzeuginternen Leistungswandlungsmodul 32 elektrisch verbunden sein. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann die von der EVSE 38 gelieferte Leistung aufbereiten, um der Traktionsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 verbunden sein, um die Lieferung von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Das EVSE-Verbindungselement 40 kann Stifte aufweisen, die mit zugehörigen Vertiefungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
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Die verschiedenen besprochenen Komponenten können eine oder mehrere zugehörige Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter in Verbindung stehen.
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2 zeigt ein Beispiel einer elektrischen Maschine 100 für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Die elektrische Maschine 100 enthält einen Statorkern 102 und einen Rotor 106. Einige elektrifizierte Fahrzeuge können zwei derartige elektrische Maschinen enthalten. Eine der elektrischen Maschinen kann primär als ein Motor fungieren und die andere kann primär als ein Generator fungieren. Der Motor kann betrieben werden, um Elektrizität in mechanische Leistung umzuwandeln, und der Generator kann betrieben werden, um mechanische Leistung in Elektrizität umzuwandeln. Der Statorkern 102 kann aus mehreren geschichteten Stahlsegmenten hergestellt sein, die zusammengeschweißt sind. Der Statorkern 102 kann eine innere Fläche 108 und einen Hohlraum 110 definieren. Der Rotor 106 kann zur Anordnung und zum Betrieb innerhalb des Hohlraums 110 bemessen sein. Eine Welle (nicht dargestellt) kann betriebswirksam mit dem Rotor 106 verbunden sein, um eine Drehung davon anzutreiben.
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Mehrere Schlitze 112 sind entlang der inneren Fläche 108 bereitgestellt. Die Schlitze 112 können beispielsweise zwischen mehreren Zähnen ausgebildet sein, die sich aus der inneren Fläche 108 nach innen erstrecken. Wicklungen 120 können innerhalb der Schlitze 112 angeordnet sein. Die Wicklungen 120 sind pro Kreis oder Phase ein durchgehender Draht, der in einem jeweiligen Schlitz 112 angeordnet ist, sich um 180 Grad nahe dem Ende des jeweiligen Schlitzes 112 wendet und dann entlang eines anderen Schlitzes 112 verläuft. Mehrfache Wicklungen können in jedem Schlitz 112 bereitgestellt sein. In einem Motorbeispiel der elektrischen Maschine kann Strom zu den Wicklungen 120 geleitet werden, um eine Drehkraft an dem Rotor 106 zu erhalten. In einem Generatorbeispiel der elektrischen Maschine kann Strom, der in den Wicklungen 120 durch eine Drehung des Rotors 106 erzeugt wird, zum Antreiben von Fahrzeugkomponenten abgenommen werden. An jedem Ende des Stators 102 sind Wickelköpfe 126 in den Regionen geformt, in denen sich der Draht der Drahtwicklungen 120 aus den Schlitzen 112 vorwölbt und sich um 180 Grad von einem jeweiligen Schlitz 112 in einen anderen Schlitz 112 wendet. Während des Betriebs der elektrischen Maschine 100 kann Wärme entlang der Wicklungen 120 und der Wickelköpfe 126 erzeugt werden.
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Eine bekannte Kühlmittelauslegung für Wickelköpfe enthält ein Gerät zum Tropfen eines Kühlmittels auf die Wickelköpfe durch Öffnungen in einem Getriebegehäuse. Eine andere Auslegung enthält das Sprühen eines Kühlmittels von einem Rotor. Jedoch können beide dieser Strategien in einigen Fällen eine unregelmäßige Kühlmittelbedeckung über dem Wickelkopf ergeben. Somit können Hotspots, z. B. Bereiche des Wickelkopfes mit relativ hohen Temperaturen, aufgrund der Nichteinheitlichkeit der Feinverteilung von Kühlmittel entstehen.
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Andere Kühlschemen können einen in der Nähe des Stators angeordneten Lüfter enthalten, um die Wickelköpfe zu kühlen. Ein noch anderes Kühlschema kann das vollständige Eingießen der Wickelköpfe in ein wärmeleitendes Epoxidharz beinhalten und das nachfolgende Entfernen von Wärme über Ableitung durch das Epoxidharz. Diese Schemen können dazu führen, dass unzureichend Wärme von den Wickelköpfen entfernt wird. Ein noch weiteres Kühlschema kann das Bereitstellen eines Wassermantels zwischen dem Gehäuse und dem Stator beinhalten. Jedoch kann ein Wassermantel den Wickelköpfen keine ausreichende Kühlung bereitstellen.
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Nunmehr Bezug nehmend auf die 3A bis 3C ist ein Kühlsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. 3A bildet eine perspektivische Ansicht eines Kühlsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ab, und 3B und 3C bilden jeweils die Querschnitte A-A und B-B ab.
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Ein Stator ein Stator 140 weist mehrere Wickelköpfe 142 auf, die sich von einem Ende des Stators 140 aus erstrecken. Ein Gehäuse 144 ist mit einem Ende des Stators 140 gekoppelt. Das Gehäuse 144 kann im Allgemeinen U-förmig sein und somit mit dem Stator 140 zusammenwirken, um einen inneren Hohlraum oder Tasche 146 dazwischen zu definieren. Wie in den 3A und 3B dargestellt, ist das Gehäuse 144 im Allgemeinen ringförmig.
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Ein Einsatz 148 ist innerhalb der Tasche 146 angeordnet und mit dem Gehäuse 144 gekoppelt. Der Einsatz 148 enthält mehrere längliche Strömungsunterbrechungselemente 150, die sich in die Tasche 146 hinein wölben. In dieser Ausführungsform sind die Strömungsunterbrechungselemente 150 im Allgemeinen im Profil dreieckig, z. B pyramidenförmige oder keilförmige Vorwölbungen. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Strömungsunterbrechungselemente 150 in tangentialen Reihen und axialen Säulen, z. B. in einem regelmäßigen Raster oder einer versetzten Rasterstruktur, bereitgestellt. Die Strömungsunterbrechungselemente 150 können entlang aller inneren Flächen des Einsatzes 148 wie in 3C dargestellt bereitgestellt sein. In alternativen Ausführungsformen können die Strömungsunterbrechungselemente entlang nur eines Teils der inneren Flächen des Einsatzes bereitgestellt sein. Wie ausführlicher untenstehend erörtert, können die Strömungsunterbrechungselemente in alternativen Ausführungsformen andere Profilformen aufweisen.
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Ein Kühlmittelfluid 152 ist innerhalb der Tasche 146 bereitgestellt und wird durch das Gehäuse 144 zirkuliert. Die Strömungsunterbrechungselemente 150 erzeugen Turbulenzen in der Strömung des Kühlmittelfluids 152, was wiederum die Wärmeübertragung zwischen den Wickelköpfen 142 und dem Kühlmittelfluid 152 verbessert.
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Ein/e erste/r Öffnung oder Kühlmittelkanal 154 ist fluidisch mit einer Kühlmittelzuleitung 156 gekoppelt, um das Kühlmittel 152 zuzuführen. Ein/e zweite/r Öffnung oder Kühlmittelkanal 158 ist fluidisch mit einer Kühlmittelrückleitung 160 gekoppelt. Das Kühlmittel 152 kann somit von einer Fluidquelle (nicht gezeigt) durch die Kühlmittelzuleitung 156 und durch das Gehäuse 144 zirkulieren und zur Fluidquelle über die Rückleitung 160 zurück laufen.
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Das Kühlmittel 152 umfasst vorzugsweise ein dielektrisches Fluid wie etwa einen Kohlenwasserstoffschmierstoff. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Kühlmittel 152 Getriebeöl. Jedoch können auch andere Kühlmittelfluidzusammensetzungen verwendet werden.
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In alternativen Ausführungsformen können zusätzliche Kühlmittelkanäle und/oder Kühlmittelkanäle an anderen Stellen relativ zu denen in der Ausführungsform von 3B gezeigten bereitgestellt sein.
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Das Gehäuse 144 ist vorzugsweise aus einem synthetischen Material wie etwa Epoxidharz hergestellt.
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Der Einsatz 148 kann ähnlich aus einem synthetischen Material wie etwa Epoxidharz hergestellt sein. In einer derartigen Ausführungsform können das Gehäuse 144 und der Einsatz 148 als eine integrale Einheit gemeinsam gegossen werden.
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In einer alternativen Ausführungsform kann der Einsatz 148 aus einem anderen Material hergestellt sein. In einer derartigen Ausführungsform kann der Einsatz 148 mit dem Gehäuse 144 zusammengefügt werden, indem er in das Epoxidharz des Gehäuses 144 vor dem Aushärten des Epoxidharzes eingesetzt wird.
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Das montierte Gehäuse 144 und der Einsatz 148 können gemeinsam als eine Abdeckung bezeichnet werden.
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Nunmehr Bezug nehmend auf die 4–7 sind verschiedene alternative Ausführungsformen einer Kühlmittelvorrichtung gezeigt. Der Bequemlichkeit halber sind nur die jeweiligen Einsatzteile der verschiedenen Ausführungsformen gezeigt. In der Praxis können die jeweiligen Einsätze dieser Ausführungsformen in Verbindung mit einer Abdeckung und einem Stator verwendet werden, im Allgemeinen wie in 3 dargestellt.
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Nunmehr Bezug nehmend auf 4 ist eine Ausführungsform enthaltend einen Einsatz 162 dargestellt. Der Einsatz 162 enthält mehrere Strömungsunterbrechungselemente 164. In dieser Ausführungsform sind die Strömungsunterbrechungselemente 164 im Allgemeinen im Profil rechteckig, z. B im Allgemeinen in der Form eines extrudierten Rechtecks.
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Nunmehr Bezug nehmend auf 5 ist eine Ausführungsform enthaltend einen Einsatz 166 dargestellt. Der Einsatz 166 enthält mehrere Strömungsunterbrechungselemente 168. In dieser Ausführungsform weisen die Strömungsunterbrechungselemente 168 ein im Allgemeinen verjüngtes Profil auf, z. B. im Allgemeinen in der Form eines extrudierten Trapezes.
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Nunmehr Bezug nehmend auf 6 ist eine Ausführungsform enthaltend einen Einsatz 170 dargestellt. Der Einsatz 170 enthält mehrere Strömungsunterbrechungselemente 172. In dieser Ausführungsform enthalten die mehreren Strömungsunterbrechungselemente 172 Strömungsunterbrechungselemente verschiedener Höhen, die z B. an verschiedenen vertikalen und horizontalen Positionen zum Innenraum des Einsatzes 170 enden. Die mehreren Strömungsunterbrechungselemente 172 können beispielsweise eine erste Anzahl von Strömungsunterbrechungselementen 174, die an einer ersten vertikalen Position enden, und eine zweite Anzahl von Strömungsunterbrechungselementen 176, die an einer zweiten vertikalen Position enden, wobei die erste vertikale Position von der zweiten vertikalen Position verschieden ist, enthalten.
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Nunmehr Bezug nehmend auf 7 ist eine Ausführungsform enthaltend einen Einsatz 178 dargestellt. In dieser Ausführungsform enthält der Einsatz 178 eine äußere Schale 180 und eine Zwischenschale 182. Die Zwischenschale 182 teilt den Innenraum des Einsatzes in eine äußere Zone 184 und eine innere Zone 186. Mehrere Strömungsunterbrechungselemente 188 erstrecken sich aus einer inneren Fläche der Zwischenschale 182, um in die innere Zone 186 hinein zu ragen. Die Zwischenschale 182 wird von der äußeren Schale 180 durch Klammern 190 gehalten. Kühlmittel 192 kann zwischen der äußeren Zone 184 und der inneren Zone 186 über Kanäle 194 zirkulieren, die sich durch die Zwischenschale 182 erstrecken und die äußere Zone 184 mit der inneren Zone 186 fluidisch koppeln. Somit kann die äußere Zone 184 als eine Sammelkammer fungieren, um das Kühlmittel 192 um den Einsatz 178 zu verteilen, während die Strömungsunterbrechungselemente 188 der inneren Zone 186 zur effektiveren Wärmeübertragung eine Turbulenzströmung bewirken. Eine derartige Ausführungsform fördert somit eine einheitliche Strömung und fördert wiederum einheitliches Kühlen.
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Nunmehr Bezug nehmend auf 8 ist eine alternative Ausführungsform einer Kühlmittelvorrichtung für eine elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung im Querschnitt gezeigt. In dieser Ausführungsform ist ein ringförmiges Gehäuse 144’ bereitgestellt. Das Gehäuse 144’ definiert eine innere Tasche 146’. Ein Einsatz 148’ ist innerhalb der Tasche 146’ angeordnet und mit dem Gehäuse 144’ gekoppelt. Der Einsatz 148’ enthält einen ersten winkligen Teil 196 und einen zweiten winkligen Teil 198. Mehrere längliche Strömungsunterbrechungselemente 150’ wölben sich in die Tasche 146 aus dem ersten winkligen Teil 196 hinein, während keine Strömungsunterbrechungselemente sich aus dem zweiten winkligen Teil 198 heraus wölben. Der zweite winklige Teil 198 enthält somit einen Hohlraum. Eine derartige Ausführungsform kann preiswerter und einfacher herzustellen sein und kann immer noch den Wärmeerfordernissen einiger Ausführungsformen genügen.
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Nunmehr Bezug nehmend auf 9 ist ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung in Flussdiagrammform dargestellt.
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Eine elektrische Maschine ist bereitgestellt, wie bei Block 200 dargestellt. Die elektrische Maschine enthält einen Stator, der Schlitze aufweist, wobei Drahtwicklungen in den Schlitzen angeordnet sind und Wickelköpfe bilden.
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Eine Abdeckung ist um die Wickelköpfe herum angeordnet, um einen Kühlmittelmantel zwischen einer inneren Fläche der Abdeckung und dem Stator zu definieren, wie bei Block 202 dargestellt. Die Abdeckung enthält mehrere Strömungsunterbrechungselemente, die sich aus der inneren Fläche in den Kühlmittelmantel hinein erstrecken.
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Ein Kühlmittelfluid wird an den Kühlmittelmantel bereitgestellt, wie bei Block 204 dargestellt. Dies kann das Bereitstellen von Kühlmittelfluid über eine Kühlmittelzuleitung, die mit einem Kühlmittelkanal gekoppelt ist, der sich durch die Abdeckung erstreckt und in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelmantel steht, enthalten.
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Wie ersichtlich, stellt die vorliegende Offenbarung eine Kühlmittelvorrichtung für Wickelköpfe einer elektrischen Maschine bereit, die eine stetige Kühlung aller Wickelköpfe bereitstellt, wobei Hotspots vermieden werden, die die elektrische Maschine erodieren können. Dies kann die Zuverlässigkeit verbessern und wiederum die Kundenzufriedenheit erhöhen.
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Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung gebrauchten Worte eher Worte der Beschreibung als der Einschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
