DE102017114044A1

DE102017114044A1 - Kühlmittelströmungsverteilung unter verwendung von beschichtungsmaterialien

Info

Publication number: DE102017114044A1
Application number: DE102017114044.1A
Authority: DE
Inventors: Michael W. Degner; Myung Ki SUNG; Edward Chan-Jiun JIH
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2018-01-04
Also published as: CN107565827B; US20180007814A1; CN107565827A; US10568240B2

Abstract

Es werden elektronische Vorrichtungen offenbart, die hydrophobe oder oleophobe Beschichtungen beinhalten, die die Kühlmittelströmung darin oder darauf steuern. In wenigstens einer Ausführungsform wird eine Leistungswechselrichter-Kühlplatte bereitgestellt, die einen Kühlmitteleinlass, einen Kühlmittelauslass, einen Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich, einen Kühlmittelströmungssammelbereich und einen dazwischen angeordneten Kühlmittelwärmeübertragungsbereich beinhaltet; und eine oder mehrere Schichten einer hydrophoben oder oleophoben Beschichtung, die dazu konfiguriert, eine Kühlmittelströmung in der Kühlplatte zu steuern. Ein Verfahren kann Aufbringen einer oder mehrerer Schichten einer hydrophoben oder oleophoben Beschichtung auf eine Leistungswechselrichter-Kühlplatte beinhalten, um eine Kühlmittelströmung in der Kühlplatte zu steuern, wobei die eine oder die mehreren Schichten auf eines oder mehrere von einem Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich, einem Kühlmittelströmungssammelbereich oder einem dazwischen angeordneten Kühlmittelwärmeübertragungsbereich aufgebracht werden. Die Schichten können Kühlmittelströmungswege definieren, Rezirkulationszonen beseitigen und/oder Kühlmittelleckwege verhindern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Verwendung von Beschichtungsmaterialien zur Kühlmittelströmungsverteilung, beispielsweise in elektrischen Maschinen und/oder Wechselrichtern.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Leistungsdichte von elektronischen Vorrichtungen, wie etwa elektrischen Maschinen und Leistungswechselrichtern, steigt kontinuierlich an, um Gewicht- und Kostenreduktionsziele zu erreichen. Um diese Ziele zu erreichen, ist es generell wichtig, die Effizienz und Leistungsfähigkeit der elektronischen Vorrichtung zu erhöhen. Die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad von elektrischen Maschinen sind in der Regel durch die Temperaturbeschränkung der Kupferwicklungen und/oder den Maximalstrom begrenzt, der die Reibungsverluste im Luftspalt überwinden sollte. Für das Temperaturmanagement elektrischer Maschinen kann es wichtig sein, eine gleichmäßige Kühlmittelströmung (z. B. Wasser/Glykol, Öl oder Automatikgetriebefluid) auf den Wickelköpfen der elektrischen Maschine aufrechtzuerhalten, um die lokalisierten Heißstellen zu entfernen. Die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad von Wechselrichtern sind in der Regel durch die thermischen Beschränkungen in Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) und/oder Dioden begrenzt, da die Lötmaterialien der Bauteile durch Überschreiten der Temperaturgrenze beschädigt werden können. Für das Temperaturmanagement von Wechselrichtern kann eine Flüssigkeitskühlplatte verwendet werden, um Bauteile wie etwa IGBTs, Dioden, Lötschichten usw. in dem Wechselrichter zu kühlen.
KURZDARSTELLUNG
Bei wenigstens einer Ausführungsform wird eine Wechselrichter-Kühlplatte bereitgestellt. Die Kühlplatte kann einen Kühlmitteleinlass, einen Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich, einen Kühlmittelströmungssammelbereich und einen dazwischen angeordneten Kühlwärmeübertragungsbereich, einen Kühlmittelauslass und eine oder mehrere Schichten einer hydrophoben oder oleophoben Beschichtung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, eine Kühlmittelströmung in der Kühlplatte zu steuern.
Die eine oder die mehreren Schichten können eine Vielzahl von Linien in dem Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich und/oder dem Kühlmittelströmungssammelbereich beinhalten. Die Vielzahl von Linien kann eine Vielzahl von Kühlmittelströmungswegen definieren. In einer Ausführungsform fächern die Vielzahl von Kühlmittelströmungswegen aus dem Einlass in Richtung des Kühlmittelwärmeübertragungsbereichs auf. In einer weiteren Ausführungsform läuft die Vielzahl von Kühlmittelströmungswegen von dem Kühlmittelwärmeübertragungsbereich zu dem Kühlmittelauslass hin zusammen. Die Kühlplatte kann ferner eine oder mehrere Schichten einer hydrophilen oder oleophilen Beschichtung in der Vielzahl von Strömungswegen beinhalten. In einer Ausführungsform kann der Kühlmittelwärmeübertragungsbereich wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal, beinhalten, der eine oder mehrere Windungen aufweist, wobei jede Windung wenigstens eine Ecke beinhaltet und wenigstens eine der einen oder der mehreren Schichten der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung sich an oder nahe der wenigstens einen Ecke befinden kann.
In einer Ausführungsform befindet sich auf jeder Seite der wenigstens einen Ecke eine Schicht der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung. In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die eine oder die mehreren Windungen eine 180-Grad-Windung, die zwei 90-Grad-Ecken aufweist, und eine Schicht der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung befindet sich auf jeder Seite der beiden 90-Grad-Ecken. Der Kühlmittelwärmeübertragungsbereich kann wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal beinhalten, der wenigstens eine Wand aufweist, und die Kühlplatte kann ferner eine Abdeckung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, eine Oberseite der wenigstens einen Wand zu berühren, um Kühlmittel in dem wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal zu halten, und wenigstens eine der einen oder der mehreren Schichten der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung kann die Oberseite der wenigstens einen Wand überlagern und kann so konfiguriert sein, dass sie verhindert, dass Kühlmittel zwischen der Abdeckung und der Oberseite hindurchtritt. In einer Ausführungsform ist die hydrophobe oder oleophobe Beschichtung eine superhydrophobe oder superoleophobe Beschichtung, die einen Kontaktwinkel von wenigstens 150 Grad mit Wasser bzw. Öl aufweist.
In wenigstens einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren kann Aufbringen einer oder mehrerer Schichten einer hydrophoben oder oleophoben Beschichtung auf eine Leistungswechselrichter-Kühlplatte beinhalten, um eine Kühlmittelströmung in der Kühlplatte zu steuern, wobei die eine oder die mehreren Schichten auf einen oder mehrere von einem Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich, einem Kühlmittelströmungssammelbereich oder einem dazwischen angeordneten Kühlmittelwärmeübertragungsbereich aufgebracht werden.
In einer Ausführungsform können die eine oder die mehreren Schichten als eine Vielzahl von Linien in dem Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich und/oder dem Kühlmittelströmungssammelbereich aufgebracht werden. Die Vielzahl von Linien kann aufgebracht werden, um eine Vielzahl von Kühlmittelströmungswegen zu definieren. Das Verfahren kann Aufbringen einer oder mehrerer Schichten einer hydrophilen oder oleophilen Beschichtung in der Vielzahl von Kühlmittelströmungswegen beinhalten. In einer Ausführungsform werden die eine oder die mehreren Schichten auf einen Kühlmittelströmungskanal in dem Kühlmittelwärmeübertragungsbereich aufgebracht, der eine oder mehrere Windungen aufweist, wobei jede Windung wenigstens eine Ecke beinhaltet, wobei die eine oder die mehreren Schichten an oder nahe der wenigstens einen Ecke aufgebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform können die eine oder die mehreren Windungen eine 180-Grad-Windung beinhalten, die zwei 90-Grad-Ecken aufweist, und eine Schicht der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung kann auf jeder Seite der beiden 90-Grad-Ecken aufgebracht werden. Der Kühlmittelwärmeübertragungsbereich kann wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal beinhalten, der wenigstens eine Wand aufweist und die Kühlplatte kann ferner eine Abdeckung umfassen, die dazu konfiguriert ist, eine Oberseite der wenigstens einen Wand zu berühren, um Kühlmittel in dem wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal zu halten. Wenigstens eine der einen oder der mehreren Schichten der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung kann auf die Oberseite der wenigstens einen Wand und/oder auf Bereiche der Abdeckung aufgebracht werden, die dazu konfiguriert sind, die Oberseite berühren, um zu verhindern, dass Kühlmittel zwischen der Abdeckung und der Oberseite hindurchtritt.
In wenigstens einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren kann Aufbringen einer oder mehrerer Schichten einer hydrophoben oder oleophoben Beschichtung auf einen Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich, einen Kühlmittelströmungssammelbereich oder einen dazwischen angeordneten Kühlmittelwärmeübertragungsbereich einer Leistungswechselrichter-Kühlplatte beinhalten; und Einleiten eines Kühlmittels in die Kühlplatte, so dass die eine oder die mehreren Schichten eine Kühlmittelströmung in der Kühlplatte steuern.
In einer Ausführungsform können die eine oder die mehreren Schichten die Strömung des Kühlmittels steuern, um eines oder mehrere des Folgenden zu tun: Verteilen des Kühlmittels in dem Strömungsausbreitungsbereich von einem Kühlmitteleinlass zu dem Kühlmittelwärmeübertragungsbereich; Zusammenlaufenlassen des Kühlmittels in dem Kühlmittelströmungssammelbereich von dem Kühlmittelwärmeübertragungsbereich zu einem Kühlmittelauslass; Verhindern von Kühlmittelrezirkulationszonen in einer Ecke eines Kühlmittelströmungskanals im Kühlmittelwärmeübertragungsbereich; oder verhindern, dass Kühlmittel zwischen einer Kühlplattenabdeckung und einer Oberseite einer Wand in dem Kühlmittelwärmeübertragungsbereich hindurchtritt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines elektrifizierten Fahrzeugs darstellt;
1B ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer elektrischen Maschine;
2 ist eine schematische Darstellung eines Wassertropfens auf einer superhydrophoben oder superoleophoben Beschichtungsoberfläche, die einen Kontaktwinkel von wenigstens 150 Grad aufweist;
3 ist eine Draufsicht eines Beispiels eines Kühlmittelkanals, der zwischen zwei abweisenden Beschichtungen gebildet ist;
4 ist eine Fotografie eines Kühlmittelkanals, der durch eine abweisende Beschichtung gebildet ist, gemäß einem Beispiel;
5A, 5B, 5C, 5D, 5E und 5F sind Beispiele für Kühlmittelkanalformen oder -muster, die unter Verwendung einer abweisenden Beschichtung gebildet werden können, einschließlich einer geraden, einer Zickzack-, einer sich verengenden, einer sich erweiternden, einer sich verengenden dann sich erweiternden bzw. einer sich erweiternden dann sich verengenden Form;
6 ist eine Endansicht von Statorwickelköpfen, die eine Linie mit abweisender Beschichtung und eine resultierende Wirkung auf die Kühlmittelströmung beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform;
7 ist eine perspektivische Ansicht von Statorwickelköpfen, die eine darauf aufgebrachte abweisende Beschichtung zur Bildung eines gegabelten Kühlmittelströmungswegs aufweisen, gemäß einer Ausführungsform
8 ist eine perspektivische Ansicht von Statorwickelköpfen, die eine darauf aufgebrachte abweisende Beschichtung zur Bildung eines sich verengenden dann sich erweiternden (z. B. Sanduhr-)Kühlmittelströmungswegs aufweisen, gemäß einer Ausführungsform;
9 ist eine perspektivische Ansicht von Statorwickelköpfen, die eine darauf aufgebrachte abweisende Beschichtung aufweisen, um einen sich erweiternden dann sich verengenden Strömungsweg zu bilden, gemäß einer Ausführungsform;
10 ist eine Endansicht von zwei benachbarten Wicklungen, die jeweils eine abweisende Beschichtung darauf aufweisen, um zu verhindern, dass Kühlmittel durch eine Lücke dazwischen fällt, gemäß einer Ausführungsform;
11 ist eine Seitenansicht von Statorwickelköpfen, die eine abweisende Beschichtung darauf aufweisen, um zu verhindern, dass Kühlmittel durch eine Lücke dazwischen fällt, gemäß einer Ausführungsform;
12 ist eine perspektivische Ansicht von Haarnadelwickelköpfen, die eine abweisende Beschichtung darauf aufweisen, um zu verhindern, dass Kühlmittel durch eine Lücke dazwischen fällt, gemäß einer Ausführungsform;
13 ist eine schematische Teilschnittansicht einer Kühlplatte (z. B. für einen Leistungswechselrichter), die eine Vielzahl von Linien einer abweisenden Beschichtung beinhaltet, um die Kühlmittelverteilung am Einlass und Auslass zu ermöglichen, gemäß einer Ausführungsform;
14A ist eine schematische Draufsicht auf eine Windung in einem Kanal einer Kühlplatte ohne eine abweisende Beschichtung, die die Bildung von Rezirkulationszonen zeigt, gemäß einer Ausführungsform;
14B ist eine schematische Draufsicht auf eine Windung in einem Kanal einer Kühlplatte mit einer abweisenden Beschichtung in den Ecken, die die Beseitigung von Rezirkulationszonen gemäß einer Ausführungsform zeigt; und
15 ist eine schematische Teilschnittansicht einer Kühlplatte, die eine abweisende Beschichtung auf einer Oberseite der Kanalwände aufweist, um zu verhindern, dass Kühlmittel zwischen den Kanälen und der Kühlplattenabdeckung strömt, gemäß einer Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele der Erfindung sind, die verschiedene und alternative Formen annehmen kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert vorliegen, um Einzelheiten jeweiliger Bauteile zu zeigen. Daher sollten spezifische strukturelle und funktionale Einzelheiten, die hier offenbart werden, nicht als beschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem einschlägigen Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung verschiedentlich zu verwenden.
1A zeigt ein Schema eines Beispiels für ein PHEV, das hier als ein Fahrzeug 12 bezeichnet wird. Das Fahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können in der Lage sein, als Motor oder Generator betrieben zu werden. Zusätzlich kann das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Motor 18 verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann auch mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden sein, die mechanisch mit einem Satz von Rädern 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können einen Antrieb und eine Verzögerungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Motor 18 ein- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 14 können auch als Generatoren wirken und können Kraftstoffverbrauchsvorteile durch Rückgewinnung von Energie bereitstellen, die normalerweise als Wärme in dem Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 14 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, da das Hybrid-Elektrofahrzeug 12 unter bestimmten Bedingungen im elektrischen Modus oder Hybridmodus betrieben werden kann, um den Gesamtkraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 12 zu verringern.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert Energie und stellt Energie bereit, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 kann eine Hochspannungsgleichstromausgabe von einer oder mehreren Batteriezellenanordnungen, die manchmal als Batteriezellenstapel bezeichnet werden, in der Traktionsbatterie 24 bereitstellen. Die Batteriezellenanordnungen können eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten. Die Traktionsbatterie 24 kann mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 über einen oder mehrere Schütze (nicht gezeigt) elektrisch verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren die Traktionsbatterie 24 von anderen Bauteilen, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Traktionsbatterie 24 mit anderen Bauteilen, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 26 kann auch elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden sein und bietet die Fähigkeit, elektrische Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 bidirektional zu übertragen. Beispielsweise kann die Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 eine dreiphasige Wechselspannung erfordern können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung umwandeln, wie es die elektrischen Maschinen 14 erfordern. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul 26 die dreiphasige Wechselspannung von den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren wirken, in die von der Traktionsbatterie 24 benötigte Gleichspannung umwandeln. Teile der vorliegenden Beschreibung sind gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar. Für ein reines Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebekasten sein, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist und der Motor 18 kann nicht vorhanden sein.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere Bordnetzsysteme bereitstellen. Ein DC/DC-Wandlermodul 28 kann eine Hochspannungsgleichstromausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandeln, die mit anderen Fahrzeugverbrauchern kompatibel ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie etwa Kompressoren und elektrische Heizungen, können ohne die Verwendung des DC/DC-Wandlermoduls 28 direkt an die Hochspannung angeschlossen werden. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 verbunden sein (z. B. 12 V Batterie).
Ein elektrisches Batteriesteuermodul (BECM) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 dienen und kann auch ein elektronisches Überwachungssystem beinhalten, das die Temperatur und den Ladezustand von jeder der Batteriezellen verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31, wie etwa einen Thermistor, oder eine andere Temperaturanzeige aufweisen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Der Temperatursensor 31 kann sich auch auf oder nahe den Batteriezellen in der Traktionsbatterie 24 befinden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass mehr als ein Temperatursensor 31 verwendet werden kann, um die Temperatur der Batteriezellen zu überwachen.
Das Fahrzeug 12 kann beispielsweise ein elektrifiziertes Fahrzeug sein, das Bauteile für ein PHEV, ein FHEV, ein MHEV oder ein BEV beinhaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann durch eine externe Stromquelle 36 wieder aufgeladen werden. Die externe Stromquelle 36 kann eine Verbindung zu einer elektrischen Steckdose sein. Die externe Stromquelle 36 kann elektrisch mit einer Elektrofahrzeugversorgungseinrichtung (EVSE) 38 verbunden sein. Die EVSE 38 kann Schaltungen und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Stromquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Stromquelle 36 kann Gleichstrom oder Wechselstrom an das EVSE 38 bereitstellen. Das EVSE 38 kann einen Ladeanschluss 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann jede Art von Anschluss sein, der dazu konfiguriert ist, Strom von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einer Ladestation oder einem Onboard-Stromwandlermodul 32 verbunden sein. Das Stromwandlermodul 32 kann den von der EVSE 38 gelieferten Strom umformen, um die geeigneten Spannungspegel und Stromstärken an die Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Das Stromwandlermodul 32 kann mit der EVSE 38 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Strom an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Anschluss 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladungsanschlusses 34 zusammenpassen. Die verschiedenen erörterten Bauteile können eine oder mehrere zugeordnete Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Bauteile zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter kommunizieren.
Gegenwärtige Beispiele von Temperaturmanagementanordnungen für elektrische Maschinen können Öl zu Abschnitten der elektrischen Maschine für Kühlzwecke einführen. Das Öl kann auf Drahtwickelköpfe der elektrischen Maschine getropft oder gesprüht werden. Diese Praxis kann jedoch aufgrund einer Ungleichmäßigkeit der Kühlmittelströmung, die auf die Wickelköpfe aufgebracht wird, möglicherweise nicht sehr wirksam beim Abkühlen der Wickelköpfe sein. Eine luftgekühlte Temperaturmanagementanordnung ist ein weiteres Beispiel für eine Anordnung, um das Managen von Temperaturzuständen einer elektrischen Maschine zu unterstützen. In diesem Beispiel kann sich ein Ventilator oder ein Gebläse angrenzend an die Wickelköpfe befinden, um Luft zu Kühlungszwecken zuzuführen.
1B zeigt ein Beispiel für eine elektrische Maschine für ein elektrifiziertes Fahrzeug, das hier allgemein als eine elektrische Maschine 100 bezeichnet wird. Die elektrische Maschine kann einen Statorkern 102 und einen Rotor 106 beinhalten. Elektrifizierte Fahrzeuge können zwei elektrische Maschinen beinhalten. Eine der elektrischen Maschinen kann primär als ein Motor funktionieren, und die andere kann primär als ein Generator funktionieren. Der Motor kann betrieben werden, um Elektrizität in mechanische Energie umzuwandeln, und der Generator kann betrieben werden, um mechanische Energie in Elektrizität umzuwandeln. Der Statorkern 102 kann eine Innenfläche 108 und einen Hohlraum 110 definieren. Der Rotor 106 kann zur Anordnung und zum Betrieb in dem Hohlraum 110 bemessen sein. Eine Welle (nicht gezeigt) kann mit dem Rotor 106 betriebsfähig verbunden sein, um dessen Drehung anzutreiben.
Die Wicklungen 120 können in dem Hohlraum 110 des Statorkerns 102 angeordnet sein. In einem Beispiel für einen Motor einer elektrischen Maschine kann Strom den Wicklungen 120 zugeführt werden, um eine Drehkraft auf den Rotor 106 zu erhalten. In einem Beispiel für einen Generator einer elektrischen Maschine kann Strom, der in den Wicklungen 120 durch eine Drehung des Rotors 106 erzeugt wird, abgezweigt werden, um Fahrzeugbauteile zu versorgen. Abschnitte der Wicklungen 120, die hier als Wickelköpfe 126 bezeichnet werden, können von dem Hohlraum 110 vorstehen. Während des Betriebs der elektrischen Maschine 100 kann Wärme entlang der Wicklungen 120 und der Wickelköpfe 126 erzeugt werden.
In wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet die vorliegende Offenbarung das Aufbringen von einer Beschichtung oder von Beschichtungen, um die Kühlmittelverteilung auf einer elektronischen Vorrichtung, wie einer elektrischen Maschine oder einem Leistungswechselrichter, zu beeinflussen, zu verändern und/oder zu steuern. Die Beschichtung(en) kann/können eine (super)hydrophobe und/oder (super)oleophobe Beschichtung oder eine (super)hydrophile und/oder (super)oleophile Beschichtung sein. Hydrophobe und oleophobe Beschichtungen sind solche, die Wasser bzw. Öl abweisen oder einen sehr hohen Kontaktwinkel damit aufweisen. Hydrophile und oleophile Beschichtungen sind solche, die Wasser bzw. Öl anziehen und einen sehr niedrigen Kontaktwinkel damit aufweisen. Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Schema eines Wasser- oder Öltröpfchens (z. B. Automatikgetriebefluid, ATF) auf einer superhydrophoben/superoleophoben Beschichtung gezeigt. Wie gezeigt, bildet das Tröpfchen aufgrund seines Abweisungsvermögens eine fast perfekte Kugel auf der Beschichtung. Superhydrophobe/superoleophobe Beschichtungen können bewirken, dass Wasser-/Öltröpfchen Kontaktwinkel von 150 Grad oder höher mit der Beschichtung bilden. Im Gegensatz dazu, breiten sich Tröpfchen auf superhydrophilen und superoleophilen Beschichtungen aus und bilden eine nahezu gleichmäßige Schicht auf der Beschichtung. Superhydrophile/superoleophile Beschichtungen bewirken, dass Wasser-/Öltröpfchen Kontaktwinkel von 25 Grad oder niedriger mit der Beschichtung bilden.
Jegliche geeignete hydrophobe, oleophobe, superhydrophobe oder superoleophobe Beschichtungen können gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Im Allgemeinen können solche Beschichtungen einen hohen Kontaktwinkel mit dem Wasser oder den Ölen aufweisen. Hydrophobe/oleophobe Materialien können im Allgemeinen solche sein, die einen Kontaktwinkel von wenigstens 90 Grad bilden, wie etwa wenigstens 100, 110, 120, 130 oder 140 Grad, während superhydrophobe/superoleophobe Materialien im Allgemeinen solche sein können, die einen Kontaktwinkel von wenigstens 150 Grad mit Wasser/Öl bilden. Die Beschichtungen können derartig hohe Kontaktwinkel als Ergebnis einer nanoskaligen Oberflächenstruktur bilden. Beispielsweise kann die Oberfläche der Beschichtung von sehr kleinen Vorsprüngen bedeckt sein, wodurch die Beschichtung auf einer Nanoskala rau wird. Die Lücken zwischen den Vorsprüngen können Luft einfangen und sie energetisch ungünstig für Flüssigkeiten zum Benetzen der Oberflächen zu machen. Ebenso können jegliche geeignete hydrophile, oleophile, superhydrophile oder superoleophile Beschichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Im Allgemeinen können solche Beschichtungen einen niedrigen Kontaktwinkel mit dem Wasser oder den Ölen aufweisen. Hydrophile/oleophile Materialien können im Allgemeinen solche sein, die einen Kontaktwinkel von höchstens 50 Grad, wie etwa höchstens 40 oder 30 Grad, bilden, während superhydrophile/superoleophile Materialien im Allgemeinen solche sein können, die einen Kontaktwinkel von 25 Grad oder weniger mit Wasser/Öl bilden.
Beispiele für verschiedene (super)hydrophobe/oleophobe und (super)hydrophile/oleophile Zusammensetzungen und Behandlungsmethoden sind in den US-Patentveröffentlichungen Nrn. 2013/0109261 , 2012/0009396 , 2010/0314575 , 2012/0045954 und 2006/0029808 , und auch in den US-Patenten Nrn. 8,007,638 , 6,103,379 , 6,645,569 , 6,743,467 , 7,985,451 , 8,187,707 , 8,202,614 , 7,998,554 , 7,989,619 , 5,042,991 , 8,361,176 , 8,258,206 , 6,458,867 , 6,503,958 und 6,723,378 sowie in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2013/058843 bereitgestellt, deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Die (super) hydrophobe/oleophobe Beschichtung kann auf die elektronische Vorrichtung unter Verwendung irgendeines geeigneten Verfahrens aufgebracht werden, das von der Zusammensetzung der Beschichtung selbst abhängig sein kann. In einer Ausführungsform kann die Beschichtung durch Sprühen aufgebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Beschichtung unter Verwendung einer Form von Abscheidung, wie physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), aufgebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Beschichtung physikalisch auf die elektronische Vorrichtung übertragen werden, wie etwa durch Walzen oder Bürsten. Unabhängig von der Art der Auftragung können Masken verwendet werden, um nur bestimmte gewünschte Flächen oder Bereiche zu beschichten.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 ist ein schematisches Beispiel und ein Versuchsbeispiel einer hydrophoben/oleophoben (hier im Folgenden „abweisend“) Beschichtung gezeigt, die einen Strömungsweg 50 für eine Flüssigkeit, wie etwa ein Kühlmittel (z. B. Wasser oder ATF), bildet. Der Strömungsweg 50 kann durch eine oder mehrere Linien, Streifen, Schichten oder Flächen 52 der abweisenden Beschichtung gebildet sein. In dem in 3 gezeigten Beispiel bilden zwei voneinander beabstandete Linien 52 den Strömungsweg 50. Die Linien 52 können gleichmäßig beabstandet sein, um einen Strömungsweg 50 mit einer konstanten oder im Wesentlichen konstanten Breite zu bilden. In weiteren Ausführungsformen kann jedoch der Strömungsweg 50 eine nicht konstante Breite aufweisen. Die Linien 52 können dazu konfiguriert sein, einen Strömungsweg 50 zu bilden, der eine beliebige Form oder ein beliebiges Muster aufweist. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform bilden die Linien 52 einen Zick-Zack-Strömungsweg 50, der auch als sinusförmiger, serpentinenartiger, sich windender oder oszillierender Strömungsweg 50 bezeichnet werden kann.
In wenigstens einer Ausführungsform kann/können die Linie(n) 52 der abweisenden Beschichtung den Strömungsweg 50 ohne irgendwelche erhöhten Wände oder versenkte/eingeritzte Kanäle bilden. Das heißt, der Strömungsweg 50 kann nur aufgrund des Abweisungsvermögens der Flüssigkeit (z. B. des Kühlmittels) gegenüber der Beschichtung gebildet sein. Die Verwendung der Linien, Streifen usw. der abweisenden Beschichtung kann daher eine Steuerung der oder einen Einfluss auf die Kühlmittelströmung ermöglichen, ohne dass relativ große physikalische Sperren, wie Kanalwände oder Kanalgräben oder -mulden, erforderlich sind. Stattdessen kann eine dünne Beschichtung verwendet werden, um die Kühlmittelströmung zu steuern/zu beeinflussen. Wie in 4 gezeigt, kann die Beschichtung sehr dünn sein, sodass sie im Wesentlichen eben oder bündig mit der darauf aufgebrachten Oberfläche ist, bezogen auf die Höhe des zu steuernden Kühlmittels. Beispielsweise kann die Beschichtung eine Dicke von weniger als 1 mm, wie etwa weniger als 500 μm, 250 μm, 100 μm, 50 μm, 25 μm oder 15 μm aufweisen.
In wenigstens einer Ausführungsform kann zusätzlich zu der/den Linie(n) 52 der abweisenden Beschichtung auch eine hydrophile oder oleophile Beschichtung 54 aufgebracht werden, um den Strömungsweg 50 zu bilden. In einer Ausführungsform kann wenigstens ein Abschnitt der Fläche des Strömungsweges 50 mit der hydrophilen oder oleophilen Beschichtung (hier im Folgenden „Benetzungsbeschichtung“) beschichtet werden. Beispielsweise kann die gesamte Fläche des Strömungsweges 50 mit der Benetzungsbeschichtung beschichtet sein. In einer weiteren Ausführungsform können Linien der Benetzungsbeschichtung im Strömungsweg 50 aufgebracht sein. Beispielsweise können Linien aufgebracht werden, die parallel zu den Linien 52 der abweisenden Beschichtung sind. Dementsprechend kann die Benetzungsbeschichtung weiter dazu beitragen, die Kühlmittelströmung in dem Strömungsweg zu steuern. Die Linien 52 der abweisenden Beschichtung können eine äußere Begrenzung des Strömungsweges 50 bilden, während die Benetzungsbeschichtung das Kühlmittel dazu bewegt, in der gewünschten Richtung darüber zu strömen.
Unter Bezugnahme auf 5A–5F sind Beispiele für verschiedene Formen und Muster von Strömungswegen 50 gezeigt, die unter Verwendung der abweisenden Beschichtung gebildet werden können. Die dargestellten Muster sind jedoch lediglich Beispiele, und andere Muster können je nach dem gewünschten Strömungsweg gebildet werden. 5A zeigt einen geraden Strömungsweg 50 mit einer konstanten Breite, der durch beabstandete parallele Linien 52 der abweisenden Beschichtung gebildet werden kann. 5B zeigt einen Zick-Zack-Strömungsweg 50, der auch als ein sinusförmiger, serpentinenartiger, sich windender oder oszillierender Strömungsweg 50 bezeichnet werden kann. Dieser Strömungsweg kann durch voneinander beabstandete Linien 52 gebildet sein. Segmente der Linien 52 können parallel sein, sodass der Strömungsweg 50 eine konstante Breite aufweist, dies ist jedoch nicht erforderlich. 5C zeigt einen sich verengenden Strömungsweg 50, bei dem die Breite des Strömungsweges in einer Richtung kleiner wird (z. B. von oben nach unten, wie gezeigt). 5D zeigt einen sich erweiternden Strömungsweg 50, bei dem die Breite des Strömungsweges in einer Richtung größer wird (z. B. von oben nach unten, wie gezeigt). 5E zeigt einen Strömungsweg 50, der sich über eine gewisse Distanz verengt oder kontraktiert, dann die Verengung an einem Wendepunkt stoppt und er sich dann erweitert oder expandiert. Dies kann als Sanduhr-Strömungsweg bezeichnet werden. 5F zeigt einen Strömungsweg 50, der sich über eine gewisse Distanz erweitert oder expandiert, dann die Erweiterung an einem Wendepunkt stoppt und er sich dann verengt oder kontraktiert. Dies kann als ein anschwellender Strömungsweg bezeichnet werden. Ähnlich wie oben mit Bezug auf die 3–4 kann auch eine Benetzungsbeschichtung 54 in dem Strömungsweg 50 aufgebracht werden, ist jedoch nicht erforderlich.
Die unter Bezugnahme auf 3 bis 5 gezeigten und beschriebenen Beispiele beziehen sich auf Strömungswege, in denen zwei voneinander beabstandete Linien oder Streifen der Beschichtung vorhanden sind, um einen Strömungsweg zu bilden. Es können jedoch weniger Linien (z. B. eine) vorhanden sein oder es können mehr Linien (z. B. drei oder mehr) vorhanden sein, um die Strömung einer Flüssigkeit, wie etwa eines Kühlmittels, zu steuern. Beispielsweise kann eine einzelne Linie 52 auf eine Oberfläche aufgebracht werden, um zu verhindern, dass die Flüssigkeitsströmung durch diese Linie hindurchtritt oder um dies zu reduzieren und/oder um die Flüssigkeit auf einer Seite der Linie zu halten. In weiteren Beispielen können drei oder mehr Linien 52 auf eine Oberfläche aufgebracht werden, um mehrere Strömungswege 50 zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann ein einzelner Strömungsweg 50 in mehrere Strömungswege aufgeteilt werden, wie etwa zwei (gegabelt), drei (in drei Zweige aufteilend) oder mehr Strömungswege. Selbstverständlich können mehrere Sätze von Linien 52 verwendet werden, um eine Vielzahl von diskreten Strömungswegen 50 zu bilden. Ebenso können Linien, Schichten oder Streifen der Benetzungsbeschichtung 54 aufgebracht werden, um Kühlmittel anzuziehen oder um Kühlmittel dazu zu bewegen, in einer Richtung oder einem Weg der Beschichtung 54 zu strömen. Die Benetzungsbeschichtung 54 kann in Verbindung mit der abweisenden Beschichtung für eine noch bessere Steuerung der Kühlmittelströmung verwendet werden.
In wenigstens einer Ausführungsform kann die abweisende Beschichtung verwendet werden, um einen oder mehrere Kühlmittelströmungswege 50 auf einer elektrischen Maschine, wie etwa der elektrischen Maschine 100, zu bilden. Zum Beispiel kann die abweisende Beschichtung verwendet werden, um Strömungswege 50 auf den Wicklungen 120, wie den Wickelköpfen 126 einer elektrischen Maschine, zu bilden. Während des Betriebs einer elektrischen Maschine kann ein Kühlmittel, wie etwa ein ölbasiertes Kühlmittel (z. B. ATF), auf die Wickelköpfe 126 eingeführt werden, um Wärme daraus abzuleiten. Das Kühlmittel kann je nach Aufbau der jeweiligen elektrischen Maschine in einer Vielfalt von Wegen auf die Wickelköpfen 126 eingeführt werden. Bei einigen Ausführungen kann Kühlmittel gepumpt oder anderweitig auf die Wickelköpfe 126 freigesetzt werden. Das Kühlmittel kann an der Oberseite der Wickelköpfe oder auf einem oberen Abschnitt der Wickelköpfe eingeführt werden und durch die Schwerkraft absinken gelassen werden, um den unteren Abschnitt der Wickelköpfe zu kühlen.
Unter Bezugnahme auf 6 ist ein schematisches Beispiel einer Endansicht von Wickelköpfen 126 einer elektrischen Maschine gezeigt. In dem gezeigten Beispiel kann Kühlmittel auf einem oberen Abschnitt 128 der Wickelköpfe 126 auf einer Seite von der Mitte eingeführt werden, wie durch den Pfeil 130 angezeigt. Das Kühlmittel kann unter einem Winkel eingeführt werden, sodass die Kühlmittelströmung eine horizontale und eine vertikale Komponente aufweist, wenn sie die Wickelköpfe 126 berührt. Dies kann bewirken, dass das Kühlmittel um die Oberseite der Wickelköpfe 126 und auf die gegenüberliegende Seite sowie auf der Seite, auf der das Kühlmittel eingeführt wurde, nach unten strömen kann, wie durch die Pfeile 132 angezeigt.
In einer Ausführungsform kann die abweisende Beschichtung auf die Wickelköpfe 126 aufgebracht werden, um die Kühlmittelströmung über die Wickelköpfe 126 zu steuern oder zu beeinflussen. Die abweisende Beschichtung kann verwendet werden, um Strömungswege zu bilden, die eine gleichmäßigere Kühlmittelströmung über die Wickelköpfe bereitstellen, als wenn keine Beschichtung vorhanden wäre. Die abweisende Beschichtung kann auch verwendet werden, um Kühlmittel zu Flächen zu schleusen oder zu führen, die eine erhöhte Kühlung erfordern oder zu Flächen, die eine unzureichende Kühlung erhalten würden, wenn die Kühlmittelströmung nicht angepasst werden würde. Zum Beispiel können Flächen, die eine unzureichende Kühlung erhalten, Flächen bilden, die als „Heißstellen“ bezeichnet werden. Andere Flächen, die eine zusätzliche Kühlmittelströmung erfordern können oder von einer solchen profitieren können, können den Neutralpunkt beinhalten. Der Neutralpunkt kann die Verbindung aller drei Phasendrähte für einen dreiphasigen Elektromotor sein. Da der Neutralpunkt alle Drähte an einem Punkt verbindet, kann die Wärme auf diesen Punkt konzentriert sein und kann eine Art Heißstelle bilden.
Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform werden Linien 52 der abweisenden Beschichtung aufgebracht, um die Kühlmittelströmung in bestimmten Abschnitten der Wickelköpfe 126 zu erhöhen. Die Linien 52 können als Bögen angeordnet sein, die sich um die Wickelköpfe erstrecken. Beispielsweise können die Bögen konzentrisch zu den Wickelköpfen sein (z. B. kreisförmig oder kreisförmige Segmente, die ein gemeinsames Zentrum mit den Wickelköpfen aufweisen). In der gezeigten Ausführungsform kann eine Linie 52' in einem oberen Abschnitt 128 der Wickelköpfe positioniert sein und kann ein konzentrischer Bogen sein, der sich am oder nahe dem Mittelpunkt der Wickelköpfe befindet (z. B. auf halbem Weg zwischen dem inneren und dem äußeren Radius der Wickelköpfe). Wie in 6 gezeigt, kann diese Linie 52' die Kühlmittelströmung in einem Bereich 134 oberhalb der Linie 52' erhöhen. Aufgrund der abweisenden Beschaffenheit der Beschichtung (z. B. oleophob) kann das Kühlmittel, wie etwa ATF, oberhalb der Linie 52' auf den Wickelköpfen 126 bleiben, anstatt sofort aufgrund der Schwerkraft nach unten zu sinken oder nach unten zu tropfen. Stattdessen kann das Kühlmittel entlang der Oberseite der Wickelköpfe 126 und die Seite hinunter strömen, die der Seite gegenüberliegt, wo das Kühlmittel eingeführt wurde (z. B. Pfeil 130). Die Linie 52' der abweisenden Beschichtung kann daher die Kühlmittelströmung und/oder die Zeit erhöhen, in der die Wickelköpfe im Bereich 134 mit dem Kühlmittel in Kontakt stehen, was zu einer verbesserten Wärmeableitung im Bereich 134 führt. Ähnlich wie oben kann der Bereich 134 auch eine Linie, eine Schicht, einen Streifen usw. einer Benetzungsbeschichtung 54 beinhalten, um das Kühlmittel noch mehr dazu zu bewegen, darauf zu strömen. Ein Abschnitt des gesamten Bereichs 134 kann mit der Benetzungsbeschichtung 54 beschichtet sein.
Zusätzlich zu oder anstelle von der Linie 52' können auch eine oder mehrere zusätzliche Linien 52 an die Wickelköpfe 126 aufgebracht werden. Beispielsweise kann eine Linie 52'' auf einen unteren Abschnitt 136 der Wickelköpfe 126 aufgebracht werden. Ähnlich wie die Linie 52' kann die Linie 52'' ein Bogen sein und kann konzentrisch zu den Wickelköpfen sein. Die Linie 52'' kann auch an einem Mittelpunkt der Wicklungen sein. In der gezeigten Ausführungsform kann sich die Linie 52'' auf einer Seite der Wickelköpfe gegenüber der Seite befinden, wo Kühlmittel eingeführt wird (z. B. Pfeil 130). Jedoch kann sich die Linie 52'' auf der gleichen Seite wie das Kühlmittel befinden oder zentriert sein, ähnlich wie Linie 52'. Eine Positionierung der Linie 52'' auf der gegenüberliegenden Seite des Kühlmitteleinlasses kann eine ausgeglichene oder gleichmäßige Kühlmittelströmung ermöglichen, insbesondere wenn die Linie 52' vorhanden ist. Die Linie 52'' kann bewirken, dass das Kühlmittel, das über der Linie 52' blieb, sich weiter horizontal über die Wickelköpfen 126 bewegt, anstatt vertikal nach unten zu tropfen. Zwischen der Linie 52' und der Linie 52'' kann ein Lückenbereich 138 vorhanden sein. Der Lückenbereich kann sich in einem mittleren Bereich der Höhe der Wickelköpfen 126 befinden. Wenn das Kühlmittel aus dem Bereich 134 die Wickelköpfe herunterströmt, wird ein Teil des Kühlmittels ferner radial nach außen zu einem Bereich 140 durch die Linie 52' geführt, während etwas Kühlmittel radial nach innen durch die Linie 52'' zu einem Bereich 142 geführt wird. Ähnlich wie das Kühlmittel, das über der Linie 52' gehalten wird, kann das Kühlmittel im Bereich 142 über der Linie 52'' gehalten werden, anstatt nach unten zu strömen. Dies kann die Kühlmittelströmung zu den Wickelköpfen in dieser Fläche erhöhen und/oder die Kontaktzeit des Kühlmittels mit den Wicklungen in dieser Fläche erhöhen. Die Bereiche 140 und/oder 142 können eine darauf aufgebrachte Benetzungsbeschichtung 54 ähnlich dem Bereich 134 aufweisen.
Während zwei Linien 52' und 52'' in 6 gezeigt und beschrieben sind, können weniger (z. B. eine) oder mehr (z. B. drei oder mehr) Linien 52 vorhanden sein. Auf Grundlage der vorliegenden Offenbarung versteht ein einschlägiger Durchschnittsfachmann, dass die Linien 52 positioniert werden können, um je nach Ausführung der jeweiligen elektrischen Maschine das Kühlmittel zu Flächen der Wickelköpfe 126 zu führen oder dessen Kontaktzeit in solchen zu erhöhen, die davon profitieren können. Während die Linien 52 als durchgezogene Linien dargestellt sind, können sie gestrichelt oder intermittierend sein, so dass es Lücken in den Linien gibt, die ermöglichen, dass etwas Kühlmittel hindurchströmt. Dies kann ermöglichen, dass die Wickelköpfe auf der anderen Seite der Linien immer noch Kühlmittelströmung erhalten. Während die Beschichtung verhindern kann, dass ein bestimmtes Volumen oder eine bestimmte Strömung des Kühlmittels, die Linien überschreitet, kann darüber hinaus bei einem bestimmten Volumen oder einer bestimmten Strömungsrate ein Teil des Kühlmittels durch Überwinden der abweisenden Kraft die Linie überschreiten.
Unter Bezugnahme auf 7–9 sind zusätzliche Beispiele von abweisenden Beschichtungen gezeigt, die verwendet werden, um die Kühlmittelströmung zu beeinflussen. Die gezeigten Ausführungsformen beinhalten jeweils wenigstens zwei Linien 62 der abweisenden Beschichtung, um wenigstens einen Strömungsweg 60 an den Wickelköpfen 126 einer elektrischen Maschine 100 zu bilden. In der Ausführungsform von 7 kann der Strömungsweg 60 einen einzigen Strömungsabschnitt 60' beinhalten, der in zwei sekundäre Strömungswege 60'' aufgeteilt oder gegabelt ist. Der Strömungsweg 60 kann zwei voneinander beabstandete äußere Linien 62 einer abweisenden Beschichtung beinhalten, die die äußeren Begrenzungen sowohl des Einzelströmungsabschnitts 60' als auch der sekundären Strömungswege 60'' definieren können. Zwischen den äußeren Linien 62 können zwei innere Linien 62' angeordnet sein und die inneren Begrenzungen der sekundären Strömungswege 60'' definieren. Die inneren Linien 62' können an einer Schnittstelle 64 beginnen und voneinander abzweigen, um die inneren Begrenzungen der sekundären Strömungswege 60'' zu bilden. Dementsprechend kann bei der in 7 gezeigten Ausführungsform Kühlmittel von der Oberseite der Wickelköpfe 126 durch den Einzelströmungsabschnitt 60' des Strömungsweges 60 herunterströmen und kann sich dann am unteren Abschnitt der Wickelköpfe 126 in zwei sekundäre Strömungswege 60'' aufteilen. Es versteht sich jedoch, dass die konkrete Ausrichtung der Strömungswege und die Stelle der Aufteilung lediglich Beispiele und nicht beschränkend sind. Beispielsweise könnten die sekundären Strömungswege 60'' der Oberseite der Wicklungen zugewandt sein, das Kühlmittel separat aufnehmen und es dann an einem unteren Abschnitt der Wicklungen zu einem Einzelströmungsabschnitt 60' zusammenlaufen lassen.
Wie in 7 gezeigt, können die sekundären Strömungswege 60'' dazu konfiguriert sein, Kühlmittel zu leiten, dass es über eine Heißstelle 66 strömt oder diese berührt. Wie dem einschlägigen Durchschnittsfachmann bekannt ist, können Heißstellen in den Wicklungen aus einer Vielfalt von Gründen auftreten. Heißstellen können aufgrund von Faktoren wie etwa dem Wicklungsmuster, der Dichte der Wicklungen, der Leistungsdichte, der Exposition gegenüber Luft oder Kühlmitteln, der Nähe zu den zentralen Wicklungen oder anderen Wärmesenken oder anderen Faktoren auftreten. Auf Grundlage der Ausführung der elektrischen Maschine kann/können sich die Heißstelle(n) 66 an vorhersagbaren Stellen befinden. Dementsprechend kann/können der/die Strömungsweg(e) 60 dazu konfiguriert sein, dass den Heißstellen 66 zusätzliches Kühlmittel zugeführt wird, oder dass die Heißstellen 66 eine ähnliche Kühlmittelströmung wie zu anderen Flächen der Wicklungen erhalten. Wie in 7 gezeigt, können die sekundären Strömungswege 60'' jeweils dazu konfiguriert sein, dass sie Kühlmittel zu einer Heißstelle 66 führen. Ähnlich wie oben mit Bezug auf 3–4 kann zudem eine Benetzungsbeschichtung in den Strömungswegen 60, 60' und/oder 60'' aufgebracht werden, um Kühlmittel noch mehr dazu zu bewegen, dadurch zu strömen.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der zwei voneinander beabstandete Linien 72 einer abweisenden Beschichtung einen Strömungsweg 70 an den Wickelköpfen 126 einer elektrischen Maschine 100 bilden. In dieser Ausführungsform ändert sich der Abstand zwischen den Linien 72, wenn sich die Linien von einem oberen Abschnitt der Wickelköpfe zu einem unteren Abschnitt der Wickelköpfe erstrecken. Der Linienabstand kann entlang eines ersten Bereichs 74 der Wickelköpfe abnehmen, sodass sich der Strömungsweg 70 im ersten Bereich 74 verengt. An einem Wendepunkt 76 kann sich der Linienabstand (z. B. die Strömungswegbreite) an einem (lokalen) Minimum befinden und der Linienabstand kann damit beginnen anzusteigen, um einen zweiten Bereich 78 zu bilden, in dem sich der Strömungsweg 70 erweitert. Dieses Linienabstandsmuster kann als ein sich verengendes dann sich erweiterndes Muster oder ein Sanduhr-Muster bezeichnet werden. Ähnlich wie in 7 kann das Muster des Strömungsweges 70 dazu konfiguriert sein, dass es Kühlmittel zu einer Heißstelle 66 führt, die in 8 als sich in dem zweiten Bereich 78 (z. B. dem sich erweiternden Abschnitt) befindlich gezeigt ist. Ähnlich wie oben mit Bezug auf 3–4 kann zudem eine Benetzungsbeschichtung in den Strömungsweg 70 aufgebracht werden, um das Kühlmittel noch mehr dazu zu bewegen, dadurch zu strömen.
Unter Bezugnahme auf 9 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der zwei voneinander beabstandete Linien 82 einer abweisenden Beschichtung einen Strömungsweg 80 an den Wickelköpfen 126 einer elektrischen Maschine 100 bilden. In dieser Ausführungsform ändert sich der Abstand zwischen den Linien 82, wenn sich die Linien von einem oberen Abschnitt der Wickelköpfe zu einem unteren Abschnitt der Wickelköpfe erstrecken. Der Linienabstand kann entlang eines ersten Bereichs 84 der Wickelköpfe ansteigen, sodass sich der Strömungsweg 80 im ersten Bereich 84 erweitert. An einem Wendepunkt 86 kann sich der Linienabstand (z. B. die Strömungswegbreite) an einem (lokalen) Maximum befinden und der Linienabstand kann abnehmen, um einen zweiten Bereich 88 zu bilden, in dem sich der Strömungsweg 80 verengt. Dieses Linienabstandsmuster kann als ein sich erweiterndes dann sich verengendes Muster oder ein anschwellendes Muster bezeichnet werden. Ähnlich wie in 7 und 8 kann das Muster des Strömungsweges 80 dazu konfiguriert sein, dass es Kühlmittel zu einer Heißstelle 66 führt, die in 9 als sich an oder nahe dem Wendepunkt 86 (z. B. dem anschwellenden Abschnitt) befindlich gezeigt ist. Ähnlich wie oben mit Bezug auf 3–4 kann zudem eine Benetzungsbeschichtung in den Strömungswegen 60‘, 60' und/oder 60'' aufgebracht werden, um das Kühlmittel noch mehr dazu zu bewegen, dadurch zu strömen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Wickelköpfe (z. B. Kupferwicklungen) als mit einer abweisenden Beschichtung bedeckt oder beschichtet beschrieben, wobei sich jedoch die Beschichtung auch über weitere Zubehör- oder Zusatzmaterialien oder -bauteile, die mit den Wickelköpfen zusammenhängen, erstrecken kann. Zum Beispiel können die Zubehör- oder Zusatzmaterialien Trägermaterialien oder Befestigungsmittel, wie z. B. Bänder oder Verbindungsstreben, beinhalten, die die Metall-(z. B. Kupfer-)Wicklungen an Ort und Stelle halten. Diese Materialien können auf einer Außenfläche der Wickelköpfe angeordnet sein, um diese zu befestigen. Dementsprechend können die Linien der abweisenden Beschichtung, wie etwa die Linien 52, 62, 72 und 82, sowohl über die Metallwicklungen als auch die Trägermaterialien verlaufen, um die Strömungswege (z. B. 50, 60, 70, 80) zu bilden. Die Strömungswege können sich daher auch über sowohl die Metallwicklungen als auch die Trägermaterialien erstrecken. Daher kann im hier verwendeten Sinne eine Linie, ein Streifen usw. der Beschichtung, die bzw. der als sich über Wicklungen oder Wickelköpfe erstreckend beschrieben ist, sich auch über Zubehör- oder Zusatzmaterialien erstrecken, die damit verbunden sind.
Unter Bezugnahme auf 10–12 kann die abweisende Beschichtung auch verwendet werden, um zu verhindern, dass eine Flüssigkeit (z. B. ein Kühlmittel, wie etwa Wasser oder Öl) durch Lücken oder Kanäle zwischen zwei Oberflächen fällt oder hindurchläuft. Die beiden Oberflächen können Oberflächen von Bauteilen einer elektrischen Maschine sein, wie etwa der elektrischen Maschine 100. Zum Beispiel können sich die Oberflächen an benachbarten Wicklungen (z. B. Wickelköpfen) oder benachbarten Metallstäben (z. B. Kupferstäben) befinden. In der in 10 gezeigten Ausführungsform sind zwei benachbarte Flächen 90 im Querschnitt gezeigt. Die Flächen 90 können so zueinander geneigt sein, dass eine Lücke 92 zwischen ihnen an ihren unteren Teilen schmaler ist als an ihren oberen Teilen. Ohne eine Sperre würde dementsprechend eine Flüssigkeit (z. B. ein Kühlmittel) zwischen den beiden Oberflächen hindurchströmen und durch die Lücke 92 am unteren Teil fallen. Durch Aufbringen einer Schicht 94 der abweisenden Beschichtung an oder nahe dem unteren Teil jeder Oberfläche 90 kann jedoch verhindert werden, dass das Kühlmittel durch die Lücke 92 fällt (oder es kann eine geringere Menge durchfallen). Aufbringen der Schichten 94 kann daher ermöglichen, dass Kühlmittel über Lücken zwischen zwei Oberflächen strömt, was die Strömung auf und/oder über die Oberflächen erhöhen kann.
Unter Bezugnahme auf 11 ist eine perspektivische Seitenansicht der Wickelköpfe 126 einer elektrischen Maschine 100 gezeigt. Ein Pfeil 96 zeigt eine Kühlmittelströmung um den Umfang der Wickelköpfe 126 an. Ähnlich wie oben, wenn keine Sperre vorhanden ist, steht es dem Kühlmittel frei, durch die Lücken 92 zwischen einzelnen Wicklungsbündeln zu fallen, was die Kühlmittelkontaktzeit mit den Wicklungen und die Wärmeableitung von den Wicklungen reduzieren kann. Wenn jedoch eine Schicht 94 der abweisenden Beschichtung auf jeder Seite der Lücke 92 aufgebracht wird, dann kann verhindert werden, dass das Kühlmittel (z. B. ATF) durch die Lücke 92 fällt, oder es kann eine reduzierte Menge an Kühlmittel durch die Lücke 92 fallen. Während ein einzelnes Paar Schichten 94 in 11 gezeigt ist, kann es eine Vielzahl von Paaren Schichten 94 geben. Beispielsweise kann jede Lücke 92 eine Schicht 94 auf jeder Seite aufweisen. Alternativ können bestimmte Lücken 92 auf jeder Seite eine Schicht 94 aufweisen, wie jene, die dazu neigen, eine Menge Kühlflüssigkeit durchfallen zu lassen, oder in Flächen, in denen eine erhöhte Kühlmittelkontaktzeit gewünscht ist. In einer Ausführungsform kann eine Vielzahl von Lücken 92 auf einer oberen Hälfte der Wickelköpfe 126 eine Schicht 94 auf jeder Seite beinhalten, um eine Kühlmittelströmung um den Umfang der Wicklungen zu fördern, anstatt sofort durch sie zu hindurchzufallen. Ähnlich wie oben mit Bezug auf 3–4 kann zudem eine Benetzungsbeschichtung auf die Wickelköpfe 126 aufgebracht werden, um das Kühlmittel noch mehr dazu bewegen, entlang des Weges des Pfeils 96 zu strömen. Beispielsweise kann die Benetzungsbeschichtung parallel zum Pfeil 96 und/oder senkrecht zu den Schichten 94 der abweisenden Beschichtung aufgebracht werden.
Unter Bezugnahme auf 12 ist eine schematische Darstellung einer anderen Art von Wickelköpfen 126 gezeigt, die als Haarnadelwicklungen bekannt ist. Haarnadelwicklungen sind in der Technik als eine Art von Wicklung bekannt und werden nicht im Detail beschrieben. Im Allgemeinen können die Kupferdrähte einer herkömmlichen Wicklung durch Metall-(z. B. Kupfer-)Streifen oder Stäbe 98 ersetzt werden. Ähnlich wie bei den in 11 gezeigten Wicklungsbündeln können Lücken 92 zwischen benachbarten Streifen 98 vorhanden sein, durch die Kühlmittel fallen kann. Dementsprechend können Schichten 94 der abweisenden Beschichtung auf die Streifen 98 auf beiden Seiten der Lücken 92 aufgebracht werden, um zu verhindern, dass Kühlmittel hindurchfällt oder um die Menge, die durchfällt, zu reduzieren. Die Schichten 94 können, wie gezeigt, auf die Seitenkanten der Streifen (z. B. senkrecht zur Oberseite) aufgebracht werden, oder sie können auf die Kanten der Streifen 98 auf die Oberseiten oder auf beiden aufgebracht werden. Ähnlich wie bei der Ausführungsform von 11 können einige oder alle Lücken auf jeder Seite Schichten 94 aufweisen, wie jene auf der oberen Hälfte der Wickelköpfe.
Dementsprechend können (super)hydrophobe und/oder oleophobe Beschichtungsmaterialien und/oder (super)hydrophile oder oleophile Beschichtungsmaterialien im Temperaturmanagement elektrischer Maschinen verwendet werden. Die Verwendung dieser Beschichtungsmaterialien kann eine gleichmäßige Strömungsverteilung ohne zusätzliche Kühlmittelschleife(n) und Pumpleistung ermöglichen, was zusätzliche Kosten erfordern und zu Wirkungsgradverlusten führen kann. Zusätzlich können die Beschichtungsmaterialien die Zuverlässigkeit von elektrischen Maschinen verbessern, indem lokalisierte Heißstellen beseitigt werden und die Leistungsverluste aufgrund der Verringerung der Wickelkopftemperaturen verringert werden. Darüber hinaus kann eine Reduktion der Größe der elektrischen Maschine aufgrund der superhydrophob/-oleophob beschichteten Oberflächen realisiert werden.
Wie oben beschrieben, kann die abweisende Beschichtung auch auf ein Leistungswechselrichter-Kühlsystem, wie etwa in einer Kühlplatte, aufgebracht werden. Unter Bezugnahme auf 13–15 sind Ausführungsformen einer Kühlplatte 200 gezeigt, die eine abweisende Beschichtung zum Steuern oder Beeinflussen der Kühlmittelströmung darin beinhaltet. 13 zeigt ein schematisches Beispiel einer Kühlplatte 200 mit einem Einlass 202 und einem Auslass 204. Zwischen dem Einlass 202 und dem Auslass 204 kann der Kühl- oder Wärmeübertragungsbereich oder die Kühl- oder Wärmeübertragungsfläche 206 vorhanden sein. Zwischen dem Einlass 202 und dem Kühlbereich 206 kann ein Strömungsausbreitungsbereich oder eine Strömungsasubreitungsfläche 208 sein, und zwischen dem Kühlbereich 206 und dem Auslass 204 kann ein Strömungssammelbereich oder eine Strömungssammelfläche 210 vorhanden sein. In einer Ausführungsform können/kann der Einlass 202 und/oder der Auslass 204 schmaler sein (z. B. eine kleinere Breite) als der Kühlbereich 206. Daher kann der Strömungsausbreitungsbereich 208 von dem Einlass 202 zu dem Kühlbereich 206 in der Breite zunehmen, und/oder der Strömungssammelbereich 210 kann von dem Kühlbereich 206 zu dem Auslass 204 in der Breite abnehmen. Die Zunahme oder Abnahme kann kontinuierlich sein, dies ist jedoch nicht erforderlich. Zum Beispiel kann die Zunahme/Abnahme mit einer konstanten Rate (z. B. einer geraden Linie, wie gezeigt) erfolgen, oder sie kann nicht konstant (z. B. eine Kurve oder exponentiell) sein.
Da der Einlass 202 und/oder der Auslass 204 schmaler als der Kühlbereich 206 sein können, kann es zu einer ungleichmäßigen Kühlmittelströmung aus dem Einlass und/oder in den Auslass kommen. Um die Gleichmäßigkeit der Kühlmittelströmungsverteilung zu erhöhen, können physikalische Sperren in den Strömungsausbreitungs- oder Strömungssammelbereichen, wie Kanalwände oder Strömungsstufen, enthalten sein. Dies kann jedoch zu erhöhten Druckabfällen in der Kühlplatte 200 führen, was eine erhöhte Pumpleistung des Kühlmittels erfordern kann. Dieser erhöhte Druckabfall und die Pumpleistung können den Wirkungsgrad des Kühlsystems reduzieren.
Unter Bezugnahme auf 13 wurde entdeckt, dass die oben beschriebenen Linien 212 der abweisenden Beschichtung zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Kühlmittelströmung in den/dem Strömungsausbreitungs- und/oder Strömungssammelbereichen verwendet werden können. Wie gezeigt, können eine oder mehrere Linien 212 der abweisenden Beschichtung in dem Strömungsausbreitungsbereich 208 und/oder dem Strömungssammelbereich 210 aufgebracht werden. In dem Strömungsausbreitungsbereich 208 kann/können die Linie(n) die Strömung wenigstens teilweise von dem Einlass 202 umleiten, sodass er sich ausbreitet, wenn er den Kühlbereich 206 erreicht. Beispielsweise kann es eine Vielzahl von Linien 212 geben, von denen wenigstens einige von dem Einlass 202 zum Kühlbereich 206 auffächern. Ein Abschnitt der Linien 212 kann sich von einer Fläche neben dem Einlass 202 zu einer Fläche neben dem Kühlbereich 206 erstrecken. Einige der Linien 212 können sich in einer Richtung von dem Einlass 202 zu dem Kühlbereich 206 nach außen erstrecken, ähnlich der sich erweiternden Breite des Strömungsausbreitungsbereichs 208. Die Linien 212 können eine oder mehrere (z. B. eine Vielzahl) von Strömungskanälen 214 bilden, die sich zwischen dem Einlass 202 und dem Kühlbereich 206 erstrecken. Zusätzlich zu den Linien 212, die sich von dem Einlass 202 zu dem Kühlbereich 206 erstrecken, kann es zusätzliche, kürzere Linien 212 geben, die einen Strömungskanal 214 in sekundäre oder kleinere Strömungskanäle 216 unterteilen.
In dem Strömungssammelbereich 210 kann/können die Linie(n) die Strömung wenigstens teilweise umleiten von dem Kühlbereich 206, so dass sie zum Auslass 204 hin verdichtet oder zusammengeführt wird. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Linien 212 vorhanden sein, von denen wenigstens einige von dem Auslass 204 in Richtung des Kühlbereichs 206 auffächern. Alternativ können die Linien 212 als in Richtung des Auslasses 204 zusammenlaufend beschrieben werden. Ein Abschnitt der Linien 212 kann sich von einer Fläche neben dem Auslass 204 zu einer Fläche neben dem Kühlbereich 206 erstrecken. Einige der Linien 212 können sich in einer Richtung von dem Kühlbereich 206 zu dem Auslass 204 hin nach innen erstrecken, ähnlich der verengenden oder kontraktierenden Breite des Strömungssammelbereichs 210. Die Linien 212 können einen oder mehre (z. B. eine Vielzahl) von Strömungskanälen 214 bilden, die sich zwischen dem Auslass 204 und dem Kühlbereich 206 erstrecken. Zusätzlich zu den Linien 212, die sich von dem Auslass 204 zu dem Kühlbereich 206 erstrecken, kann es zusätzliche kürzere Linien 212 geben, die einen Strömungskanal 214 in sekundäre oder kleinere Strömungskanäle 216 unterteilen. Ähnlich wie oben mit Bezug auf 3–4 kann zudem eine Benetzungsbeschichtung 218 (z. B. ähnlich der Benetzungsbeschichtung 54) in den Strömungskanälen 214 und/oder 216 aufgebracht, um das Kühlmittel noch mehr dazu zu bewegen, dadurch zu strömen. Beispielsweise kann die Benetzungsbeschichtung 218 auf einen Teil oder alle der Strömungskanäle 214/216 aufgebracht werden, wie beispielsweise in Form von Linien oder als kontinuierliche Schicht. Die Benetzungsbeschichtung(en) 218 kann/können daher das Ausbreiten/Sammeln des Kühlmittels in den Strömungskanälen weiter erleichtern.
Unter Bezugnahme auf 14A und 14B kann die abweisende Beschichtung auch auf interne Kühlmittelkanäle 220 in der Kühlplatte 200 aufgebracht werden, um Strömung darin zu verbessern. Der in 13 gezeigte Kühlbereich 206 kann einen oder mehrere Kühlmittelkanäle 220 beinhalten, durch den das Kühlmittel strömt, um Wärme auszutauschen. Die Kühlmittelkanäle 220 können im Allgemeinen eine gewundene, schlängelnde und/oder serpentinartige Form bilden, die die Kontaktzeit des Kühlmittels mit der Kühlplatte (relativ zu einem geraden Weg vom Einlass zum Auslass) erhöht. Jede geeignete Kanalform oder -bahn kann mit der offenbarten Kühlplatte 200 verwendet werden. Im Allgemeinen beinhalten die Kanäle 220 wenigstens eine Windung darin mit einem relativ großen Winkel. In den in 14A und 14B gezeigten Beispielen bilden die Kanalwände 222 eine Windung mit einem 180-Grad-Winkel (z. B. vollständige Richtungsumkehr). Jedoch sind andere Windungswinkel möglich und die dargestellten Windungen sind lediglich ein Beispiel.
Wie in 14A gezeigt, wurde gefunden, dass große Windungen in den Kühlmittelkanälen 220 zu Bereichen oder Zonen führen können, in denen das Kühlmittel stagniert und/oder rezirkuliert (z. B. Strudel bildet). Diese Zonen, die hier als Rezirkulationszonen 224 bezeichnet werden, können sich aufgrund von niedrigen oder rutschfreien Bedingungen an den Kanalwänden 222 ergeben. Diese Bedingungen können durch die Windungen mit relativ hohen Winkeln in den Kanälen 220 verursacht werden. Die Rezirkulationszonen 224 können in der/den Ecke(n) 226 einer Windung mit hohen Winkeln auftreten, wie in 14A gezeigt. Dementsprechend kann ein Teil des Kühlmittels während des Betriebs der Kühlplatte 200 in den Rezirkulationszonen 224 stecken bleiben und kann die Wirksamkeit und/oder den Wirkungsgrad der Kühlplatte 200 verringern.
Unter Bezugnahme auf 14B wurde entdeckt, dass Platzieren einer oder mehrerer Schichten 228 der abweisenden Beschichtung in den Ecken 226 der Kanäle 220 die Wände 222 von einem rutschfreien/gering rutschenden in einen rutschenden Zustand verändern kann, wodurch die Rezirkulationszonen 224 reduziert oder beseitigt werden. In einer Ausführungsform, bei der zwei Wände 222 aufeinandertreffen, um eine Ecke 226 zu bilden, kann eine Schicht 228 der abweisenden Beschichtung auf eine oder beide Wände 222 an oder nahe dem Treffpunkt der Wände 222 aufgebracht werden. Der Begriff Ecke bedeutet nicht unbedingt eine 90-Grad-Kreuzung, sondern kann sich auf zwei Wände beziehen, die sich unter einem Winkel treffen (z. B. 45–135 Grad, 60–120 Grad oder 75–105 Grad). Bei der in 14B gezeigten Ausführungsform werden zwei 90-Grad-Ecken in den Außenwänden 222 des Kanals 220 gebildet. Eine Schicht 228 einer abweisenden Beschichtung wird auf die Wände 222 auf beiden Seiten der Ecke 226 aufgebracht. Wie gezeigt, können die Schichten 228 der abweisenden Beschichtung die Bildung von Rezirkulationszonen 224 verhindern und kann bewirken, dass das meiste oder das gesamte Kühlmittel weiter um die Windung strömt, anstatt zu stagnieren. In Flächen, in denen es in den Kanälen 220 relativ wenig Windung gibt, braucht keine Beschichtung aufgebracht werden. Dementsprechend können durch Aufbringen einer flüssigkeitsabweisenden Beschichtung in Flächen mit scharfen Windungen Kühlmittel in einem Kühlplattenkühlbereich gleichmäßiger strömen, und Kühlen kann effektiver und/oder effizienter durchgeführt werden. Ähnlich wie oben mit Bezug auf 3–4 kann zudem eine Benetzungsbeschichtung 218 in den Kanälen 220 aufgebracht werden, um das Kühlmittel noch mehr dazu zu bewegen, dadurch zu strömen. Beispielsweise kann die Benetzungsbeschichtung 218 auf einen Abschnitt oder den gesamten Kanal 220 aufgebracht werden, wie etwa in Form von Linien oder als kontinuierliche Schicht. In einer Ausführungsform kann die Benetzungsbeschichtung 218 in einer bogenförmigen Richtung in der durch die Strömungspfeile angezeigten Fläche aufgebracht werden. Die Benetzungsbeschichtung(en) 218 kann/können daher die Kühlmittelströmung durch die Kanäle 220 weiter erleichtern, so dass sie nicht in den Rezirkulationszonen 224 steckenbleibt.
Unter Bezugnahme auf 15 ist ein Beispiel einer teilgeschnittenen Draufsicht eines Kühlbereichs einer Kühlplatte gezeigt. Wie unter Bezugnahme auf 14A und 14B beschrieben, kann der Kühlbereich Kanäle 220 umfassen, die durch die Wände 222 gebildet sind. Die Pfeile 230 zeigen die Richtung der Kühlmittelströmung durch die Kanäle 220 an. Um die Kanäle 220 zu umschließen, kann die Kühlplatte eine Abdeckung 232 beinhalten, die dazu konfiguriert ist, die Oberseiten 234 der Wände 222 zu berühren, wodurch ein Kanal 220 von einem anderen abgedichtet wird. Es wurde jedoch gefunden, dass in der Praxis zwischen den Oberseiten 234 der Wände 222 und der Abdeckung 232 kleine Lücken vorkommen können. Die Abdeckung 232 kann eine starre oder halbsteife Platte oder Tafel sein. Während des Herstellens können kleine Schwankungen bei den Toleranzen der Wände 222 und/oder der Abdeckung 232 bewirken, dass die Abdeckung 232 die Kühlmittelströmung zwischen der Abdeckung 232 und den Oberseiten 234 der Wände 222 nicht vollständig unterbindet. Wenn solche Lücken vorhanden sind, kann dies den Wirkungsgrad und/oder Wirksamkeit der Kühlplattenkühlung reduzieren. Zum Beispiel können Lücken zulassen, dass sich ein relativ kaltes Kühlmittel an oder nahe dem Einlass mit relativ warmem Kühlmittel an oder nahe dem Ausgang vermischt. Lücken können auch zulassen, dass das Kühlmittel einen direkteren Weg von dem Einlass zu dem Auslass nimmt, ohne vollständig durch die Kanäle 220 zu strömen, die, wie oben beschrieben, windend, schlängelnd usw. konfiguriert sein können, um die Kontaktzeit des Kühlmittels zu erhöhen.
In wenigstens einer Ausführungsform wurde entdeckt, dass eine abweisende Beschichtung (z. B. hydrophob oder oleophob, wie oben beschrieben) als Lückenfüllstoff und/oder Sperre verwendet werden kann, um ein Durchströmen von Kühlmittel zu verhindern. Schichten 236 der abweisenden Beschichtung können auf die Oberseiten 234 der Wände 222 aufgebracht werden. Selbst wenn zwischen den Oberseiten 234 und der Abdeckung 232 Lücken vorhanden sind, kann dementsprechend das Hindurchtreten des Kühlmittels durch die Lücke in einen anderen Kanal 220 abgewiesen werden. Zusätzlich zu oder anstelle der Aufbringung der Beschichtung auf die Oberseiten 234 können die Schichten 236 auf eine Unterseite der Abdeckung 232 auf Flächen aufgebracht werden, die der Lage der Oberseiten 234 entsprechen, wenn die Kühlplatte zusammengebaut ist.
Dementsprechend können (super)hydrophobe und/oder oleophobe Beschichtungsmaterialien und/oder (super)hydrophile und/oder oleophile Beschichtungsmaterialien für das Temperaturmanagement von Wechselrichtern verwendet werden. Die Verwendung dieser Beschichtungsmaterialien kann eine gleichmäßige Strömungsverteilung ermöglichen, ohne physikalische Kanalwände oder Stufen und Pumpkraft hinzuzufügen. Diese Ergänzungen können Kosten hinzufügen, den Druckabfall erhöhen und Wirkungsgradverluste erhöhen. Zusätzlich können die Beschichtungen die Zuverlässigkeit des Wechselrichtersystems verbessern, indem lokalisierte Heißstellen beseitigt werden und/oder Leistungsverluste aufgrund der Verringerung der Bauteiltemperaturerhöhungen verringert werden, die durch die lokalisierten Heißstellen verursacht werden.
Obgleich oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Wörter sind vielmehr nicht Wörter der Beschränkung, sondern der Beschreibung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale der verschiedenen implementierenden Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2013/0109261 [0038]
US 2012/0009396 [0038]
US 2010/0314575 [0038]
US 2012/0045954 [0038]
US 2006/0029808 [0038]
US 8007638 [0038]
US 6103379 [0038]
US 664569 [0038]
US 674367 [0038]
US 7985451 [0038]
US 8187707 [0038]
US 8202614 [0038]
US 7998554 [0038]
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US 5042991 [0038]
US 8361176 [0038]
US 82582006 [0038]
US 6458867 [0038]
US 6503958 [0038]
US 6723378 [0038]
WO 2013/058843 [0038]

Claims

Leistungswechselrichter-Kühlplatte, umfassend: einen Kühlmitteleinlass; einen Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich, einen Kühlmittelströmungssammelbereich und einen dazwischen angeordneten Kühlmittelwärmeübertragungsbereich; einen Kühlmittelauslass; und eine oder mehrere Schichten einer hydrophoben oder oleophoben Beschichtung, die dazu konfiguriert ist, eine Kühlmittelströmung in der Kühlplatte zu steuern.
Kühlplatte nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Schichten eine Vielzahl von Linien in dem Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich und/oder dem Kühlmittelströmungssammelbereich beinhalten, um eine Vielzahl von Kühlmittelströmungswegen zu definieren.
Kühlplatte nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Kühlmittelströmungswegen aus dem Einlass in Richtung des Kühlmittelwärmeübertragungsbereichs auffächern, vom Kühlmittelwärmeübertragungsbereich zum Kühlmittelauslass zusammenlaufen oder beides.
Kühlplatte nach Anspruch 2, ferner umfassend eine oder mehrere Schichten einer hydrophilen oder oleophilen Beschichtung in der Vielzahl von Strömungswegen.
Kühlplatte nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelwärmeübertragungsbereich wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal beinhaltet, der eine oder mehrere Windungen aufweist, wobei jede Windung wenigstens eine Ecke umfasst; und wenigstens eine der einen oder mehreren Schichten der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung sich an oder nahe der wenigstens einen Ecke befindet.
Kühlplatte nach Anspruch 5, wobei sich auf jeder Seite der wenigstens einen Ecke eine Schicht der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung befindet.
Kühlplatte nach Anspruch 6, wobei die eine oder die mehreren Windungen eine 180-Grad-Windung beinhalten, die zwei 90-Grad-Ecken aufweist, und eine Schicht der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung sich auf jeder Seite der beiden 90-Grad-Ecken befindet.
Kühlplatte nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelwärmeübertragungsbereich wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal beinhaltet, der wenigstens eine Wand aufweist, und die Kühlplatte ferner eine Abdeckung umfasst, die dazu konfiguriert ist, eine Oberseite der wenigstens einen Wand zu berühren, um Kühlmittel in dem wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal zu halten; und wenigstens eine der einen oder der mehreren Schichten der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung die Oberseite der wenigstens einen Wand überlagert und dazu konfiguriert ist, zu verhindern, dass Kühlmittel zwischen der Abdeckung und der Oberseite hindurchtritt.
Kühlplatte nach Anspruch 1, wobei die hydrophobe oder oleophobe Beschichtung eine superhydrophobe oder superoleophobe Beschichtung ist, die einen Kontaktwinkel von wenigstens 150 Grad mit Wasser bzw. Öl aufweist.
Verfahren, umfassend: Aufbringen einer oder mehrerer Schichten einer hydrophoben oder oleophoben Beschichtung auf eine Leistungswechselrichter-Kühlplatte, um eine Kühlmittelströmung in der Kühlplatte zu steuern; wobei die eine oder die mehreren Schichten auf einen oder mehrere von einem Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich, einem Kühlmittelströmungssammelbereich oder einem dazwischen angeordneten Kühlmittelwärmeübertragungsbereich aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die eine oder die mehreren Schichten als eine Vielzahl von Linien in dem Kühlmittelströmungsausbreitungsbereich und/oder dem Kühlmittelströmungssammelbereich aufgebracht werden, um eine Vielzahl von Kühlmittelströmungswegen zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Aufbringen einer oder mehrerer Schichten einer hydrophilen oder oleophilen Beschichtung in der Vielzahl von Kühlmittelströmungswegen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die eine oder die mehreren Schichten auf einen Kühlmittelströmungskanal im Kühlmittelwärmeübertragungsbereich aufgebracht werden, der eine oder mehrere Windungen aufweist, wobei jede Windung wenigstens eine Ecke beinhaltet; wobei die eine oder die mehreren Schichten an oder nahe der wenigstens einen Ecke aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die eine oder die mehreren Windungen eine 180-Grad-Windung beinhalten, die zwei 90-Grad-Ecken aufweist, und eine Schicht der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung auf jeder Seite der beiden 90-Grad-Ecken aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Kühlmittelwärmeübertragungsbereich wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal beinhaltet, der wenigstens eine Wand aufweist, und die Kühlplatte ferner eine Abdeckung umfasst, die dazu konfiguriert ist, eine Oberseite der wenigstens einen Wand zu berühren, um Kühlmittel in dem wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal zu halten; und wenigstens eine der einen oder der mehreren Schichten der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung auf die Oberseite der wenigstens einen Wand und/oder auf Bereiche der Abdeckung, die dazu konfiguriert sind, die Oberseite zu berühren, um zu verhindern, dass Kühlmittel zwischen der Abdeckung und der Oberseite hindurchtritt, aufgetragen wird.