DE102018107197A1

DE102018107197A1 - Kühlmittelstromverteilung unter verwendung von beschichtungsmaterialien

Info

Publication number: DE102018107197A1
Application number: DE102018107197.3A
Authority: DE
Inventors: Myung Ki SUNG; Edward Chan-Jiun JIH; Michael W. Degner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2018-10-04
Also published as: CN108696053B; CN108696053A; US10622868B2; US20180287464A1

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine offenbart. Die elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der einen Hohlraum definiert und Wickelköpfe, die aus dem Hohlraum hervorragen, und einen Rotor aufweist, der ausgelegt ist, sich im Hohlraum zu drehen und Endplatten aufzuweisen, die eine Vielzahl von Öffnungen zum Bereitstellen von Kühlmittel definieren. Die elektrische Maschine beinhaltet außerdem eine oder mehrere Schichten einer oleophoben oder hydrophoben Beschichtung, die an Abschnitten der Endplatte angeordnet ist, die den Öffnungen entsprechen, um den Kühlmittelstrom zu den Wickelköpfen zu erhöhen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Verwendung von Beschichtungsmaterialien für Kühlmittelstromverteilung in zum Beispiel elektrischen Maschinen und/oder Wechselrichtern.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Leistungsdichte elektronischer Vorrichtungen, wie zum Beispiel elektrische Maschinen und Leistungswechselrichter, steigt kontinuierlich, um Gewichts- und Kostenreduzierungsziele zu erreichen. Um diese Ziele zu erreichen, ist es im Allgemeinen wichtig, die Effizienz und die Leistung der elektronischen Vorrichtung zu erhöhen. Die Leistung und Effizienz elektrischer Maschinen werden im Allgemeinen durch die Temperaturbeschränkung der Kupferwicklungen und/oder den Maximalstrom eingeschränkt, der Reibungsverluste in dem Luftzwischenraum überwinden sollte. Für die thermische Verwaltung von elektrischen Maschinen kann es wichtig sein, einen gleichmäßigen Kühlmittelstrom (z. B. Wasser/Glycol, Öl oder Automatikgetriebefluid) auf den Wickelköpfen der elektrischen Maschine aufrechtzuerhalten, um die lokalisierten heißen Stellen zu beseitigen. Die Leistung und Effizienz von Leistungswechselrichtern werden im Allgemeinen durch die thermischen Beschränkungen in Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) und/oder Dioden eingeschränkt. Für die thermische Verwaltung von Wechselrichtern kann eine Flüssigkeitskälteplatte zum Kühlen von Komponenten wie IGBTs, Dioden, Lötschichten usw. in dem Wechselrichter verwendet werden.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektrische Maschine offenbart. Die elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der einen Hohlraum definiert und Wickelköpfe, die aus dem Hohlraum hervorragen, und einen Rotor aufweist, der ausgelegt ist, sich im Hohlraum zu drehen und Endplatten aufzuweisen, die eine Vielzahl von Öffnungen zum Bereitstellen von Kühlmittel definieren. Die elektrische Maschine beinhaltet außerdem eine oder mehrere Schichten einer oleophoben oder hydrophoben Beschichtung, die an Abschnitten der Endplatte angeordnet ist, die den Öffnungen entsprechen, um den Kühlmittelstrom zu den Wickelköpfen zu erhöhen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die elektrische Maschine ferner eine oder mehrere Schichten einer oleophilen oder hydrophilen Beschichtung beinhalten, die einen Kühlmittelstromweg auf den Endplatten zum Leiten des Kühlmittels zu den Abschnitten der Endplatte zusammen mit der einen oder den mehreren Schichten der oleophilen oder hydrophilen Beschichtung definiert. Das Kühlmittel kann auf eine oder mehrere Schichten der oleophoben oder hydrophoben Beschichtung treffen, was einen Kühlmittelstrahlstrom zu den Wickelköpfen erzeugt. Die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben Beschichtung können eine superoleophobe oder -hydrophobe Beschichtung sein, die einen Kontaktwinkel mit einem ölbasierten bzw. wasserbasierten Kühlmittel von mindestens jeweils 130 Grad aufweist. Jede Öffnung kann einer oder mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben Beschichtung entsprechen, um das Kühlmittel von der Öffnung zu den Wickelköpfen zu leiten. Die eine oder mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben Beschichtung können an Abschnitten der Endplatte in einem Winkel angeordnet sein, der den Öffnungen und der Drehrichtung des Rotors entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektrische Maschine offenbart. Die elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der einen Hohlraum definiert und Wickelköpfe, die aus dem Hohlraum hervorragen, und einen Rotor aufweist, der ausgelegt ist, sich im Hohlraum zu drehen und Endplatten aufzuweisen, die eine Vielzahl von Öffnungen zum Bereitstellen von Kühlmittel definieren. Die elektrische Maschine beinhaltet außerdem eine oder mehrere Schichten einer oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung, die mindestens eine Grenze der Endplatte zwischen den Öffnungen und den Wickelköpfen definiert, um den Kühlmittelstrom zu den Wickelköpfen zu leiten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die elektrische Maschine ferner eine oder mehrere Schichten einer oleophilen oder hydrophilen gemusterten Beschichtung an den Endplatten im Strömungsweg beinhalten, um das Kühlmittel zu den Wickelköpfen zu leiten. Die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung können zwei beabstandete Grenzen definieren, die den Strömungsweg definieren. Die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung können unterbrochene Grenzen die die Kühlmittelstromtrennung definieren. Die unterbrochenen Grenzen können mindestens eine Grenzlinie beinhalten, die einen Hauptkühlmittelströmungsweg und mindestens eine Grenzstufe in einem Abschnitt des Hauptkühlmittelströmungswegs bildet, um einen oder mehrere untergeordnete Kühlmittelstromwege zu bilden. Die mindestens eine Grenzstufe kann ausgelegt sein, einen Kühlmittelstrahlstrom nach dem Auftreffen auf die Grenzstufe zu erzeugen. Die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung kann eine zickzackförmige Grenze definieren, um den Kühlmittelstrom auf einem zickzackförmigen Kühlmittelstromweg von der Öffnung zu den Wickelköpfen zu leiten. Die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung können eine superoleophobe oder -hydrophobe Beschichtung sein, die einen Kontaktwinkel mit einem ölbasierten bzw. wasserbasierten Kühlmittel von mindestens jeweils 130 Grad aufweist. Die mindestens eine Grenze kann gemäß einer Drehrichtung des Rotors positioniert sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine elektrische Maschine offenbart. Die elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der einen Hohlraum definiert und Wickelköpfe, die aus dem Hohlraum hervorragen, und einen Rotor aufweist, der ausgelegt ist, sich im Hohlraum zu drehen und Endplatten aufzuweisen, die eine Vielzahl von Öffnungen zum Bereitstellen von Kühlmittel definieren. Die elektrische Maschine beinhaltet außerdem eine oder mehrere Schichten einer oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung, die mindestens einen Ring auf der Endplatte radial nach außen von den Öffnungen definiert.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung eine superoleophobe oder -hydrophobe Beschichtung sein, die einen Kontaktwinkel mit einem ölbasierten bzw. wasserbasierten Kühlmittel von mindestens jeweils 130 Grad aufweist. Die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung können ausgelegt sein, einen Kühlmittelstrahlstrom nach dem Auftreffen auf mindestens einen Ring zu erzeugen. Auf Grundlage der Rotordrehzahl kann der mindestens eine Ring an der Endplatte positioniert sein und kann ausgelegt sein, Kühlmittel in einem vorgegebenen Kühlmitteleinspritzwinkel einzuspritzen. Die elektrische Maschine kann ferner eine oder mehrere Schichten einer oleophilen oder hydrophilen gemusterten Beschichtung an der Endplatte beinhalten, der einen Strömungsweg zum Leiten des Kühlmittels zum mindestens einen Ring definiert.
Figurenliste

1A ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines elektrifizierten Fahrzeugs veranschaulicht.
1B ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften elektrischen Maschine.
2 ist eine schematische Darstellung eines Wassertröpfchens (oder Öltröpfchens) auf einer superhydrophoben (oder superoleophoben) Beschichtungsoberfläche mit einem Kontaktwinkel von mindestens 130 Grad.
3 ist eine Draufsicht eines beispielhaften Kühlmittelkanals, der zwischen zwei Schichten der hydrophoben oder oleophoben Beschichtung gebildet ist.
4 ist eine Fotografie eines Kühlmittelkanals, der durch eine (super)hydrophobe oder (super)oleophobe Beschichtung gemäß einer Ausführungsform gebildet ist.
5 zeigt Beispiele von Kühlmittelstromwegeformen oder -mustern, die unter Verwendung einer abweisenden Beschichtung an einer Rotorendplatte, die eine geradlinige, zickzackförmige, zickzackförmige Beschichtung mit untergeordnetem Strömungsweg bzw. eine Beschichtung mit abgewinkelten Formen beinhaltet, gebildet werden können.
6A, 6B und 6C sind Endansichten beispielhafter Rotorendplatten mit abweisender Beschichtung, um gemäß einigen Ausführungsformen einen Kühlmittelstrom zu leiten.
7A und 7B sind Endansichten beispielhafter Rotorendplatten mit abweisender Beschichtung, um gemäß anderen Ausführungsformen Kühlmitteleinspritzwinkel zu verändern.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die hierin offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Einige elektrische Maschinen, zum Beispiel eine elektrische Maschine für ein Hybridfahrzeug ein oder Elektrofahrzeug, arbeiten unter rauen Bedingungen. Die rauen Bedingungen können Temperatur, Feuchtigkeit, Luftstrom und Schmutz beinhalten. Die rauen Bedingungen können Umweltaspekten zuzuschreiben sein, die durch Anforderungen der elektrischen Maschine, wie etwa Beschränkungen in Bezug auf Größe Konfiguration, Eingangsleistung und Ausgangsleistung, noch weiter verstärkt werden können. Um dabei behilflich zu sein, die während des Betriebs der elektrischen Maschine erzeugte Wärme zu reduzieren, kann ein Kühlsystem verwendet werden. Das Kühlsystem kann ein Fluid beinhalten, das um eine Wicklung und Komponenten der elektrischen Maschine strömt. In einigen Fällen steht das Fluid in Kontakt mit den Wicklungen und Komponenten der elektrischen Maschine. Das Fluid kann dann zirkuliert werden, zum Beispiel durch einen Kühler, um einen Teil der Wärme von der elektrischen Maschine zu entfernen. Zum Beispiel wird bei einigen Automobilsystemen eine elektrische Maschine mit dem Automatikgetriebefluid (ATF), das um die Wicklungen und Komponenten zirkuliert wird und dann zu einem Kühler zirkuliert wird, gekühlt. Typischerweise ist die elektrische Maschine derartig ausgelegt, dass Kühlmittel zu den Statorwickelköpfen durch Rotorendplattenöffnungen unter Verwendung der durch die sich drehenden Rotoren erzeugten Fliehkraft strömt. Wirksame Kühlmittelverteilung kann die Kühlleistung verbessern und heiße Stellen auf den Wickelköpfen beseitigen. Demnach kann die Gesamtwärmeleistung der elektrischen Maschine verbessert werden.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können Strömungsverteilungen durch das Anwenden von fortschrittlichen Beschichtungsmaterialien gesteuert werden, die eine „abweisende“ Beschichtung und eine Benetzungsbeschichtung beinhalten. Zum Beispiel beinhalten abweisende Beschichtungen oleophobe, superoleophobe, hydrophobe und superhydrophobe Beschichtungen. Benetzende Beschichtungen beinhalten oleophile, superoleophile, hydrophile und superhydrophile Beschichtungen. Sowohl abweisende Beschichtungen als auch Benetzungsbeschichtung können auf die elektrische Maschine aufgetragen werden, um die Effizienz zu verbessern. Fortschrittliche Beschichtungskomponenten erhöhen oder verringern den Kontaktwinkel des ATF (oder einer anderen Flüssigkeit) auf der beschichteten Oberfläche.
1A zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels eines PHEV, das hier als ein Fahrzeug 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 Elektromotor oder Generator betrieben zu werden. Außerdem kann das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Motor 18 verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann ebenfalls mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden sein, die mechanisch mit einem Satz Räder 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können Vortriebs- und Abbremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Motor 18 an- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 14 können auch als Generatoren dienen und sie können Kraftstoffverbrauchsvorteile bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise als Hitze dem Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 14 können ebenfalls reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, da das Hybridelektrofahrzeug 12 unter bestimmten Bedingungen in einem Elektromodus oder einem Hybridmodus betrieben werden kann, um den Kraftstoffgesamtverbrauch des Fahrzeugs 12 zu reduzieren.
Eine Antriebsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert und stellt Energie bereit, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Antriebsbatterie 24 kann einen Hochspannungsgleichstromausgang aus einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Antriebsbatterie 24 bereitstellen. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten. Die Antriebsbatterie 24 kann durch ein oder mehrere Schütze (nicht gezeigt) elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren die Antriebsbatterie 24 von anderen Komponenten, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Antriebsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 26 kann ebenfalls elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden sein und stellt die Fähigkeit bereit, elektrische Energie bidirektional zwischen der Antriebsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 zu übertragen. Beispielsweise kann die Antriebsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 eine Dreiphasenwechselspannung erfordern können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie durch die elektrischen Maschinen 14 erfordert. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung aus den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die Gleichspannung umwandeln, die durch die Traktionsbatterie 24 erfordert wird. Abschnitte der hier bereitgestellten Beschreibung gelten gleichermaßen für ein rein elektrisches Fahrzeug. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann es sich bei dem Hybridgetriebe 16 um einen Getriebekasten handeln, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und bei dem der Verbrennungsmotor 18 möglicherweise nicht vorhanden ist.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Vortriebsenergie kann die Traktionsbatterie 24 Energie für weitere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein Gleichspannungswandlermodul 28 kann den Hochspannungsgleichstromausgang der Antriebsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandeln, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten, wie zum Beispiel Kompressoren und elektrische Heizgeräte, können ohne die Verwendung des Gleichspannungswandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannung verbunden sein. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 verbunden sein (z. B. eine 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 Antriebsbatterie 24 fungieren und kann außerdem ein elektronisches Überwachungssystem umfassen, das die Temperatur und den Ladestatus für jede der Batteriezellen verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann über einen Temperatursensor 31 wie etwa einen Thermistor oder anderen Temperaturanzeiger verfügen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten in Bezug auf die Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Der Temperatursensor 31 kann ebenfalls an den oder in der Nähe der Batteriezellen innerhalb der Antriebsbatterie 24 angeordnet sein. Es wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass mehr als ein Temperatursensor 31 zum Überwachen der Temperatur der Batteriezellen verwendet werden kann.
Das Fahrzeug 12 kann zum Beispiel ein elektrifiziertes Fahrzeug sein, welches Komponenten eines PHEV, eines FHEV, eines MHEV oder eines BEV beinhaltet. Die Antriebsbatterie 24 kann durch eine externe Energiequelle 36 wieder aufgeladen werden. Bei der externen Leistungsquelle 36 kann es sich um eine Verbindung zu einer Steckdose handeln. Die externe Energiequelle 36 kann elektrisch mit einem Elektrofahrzeugversorgungsgerät (EVSE) 38 verbunden sein. Das EVSE 38 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiequelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Energiequelle 36 kann dem EVSE 38 elektrische Leistung als DC oder AC bereitstellen. Das EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann jede Art von Anschluss sein, der dazu ausgelegt ist, Energie von dem EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einer Ladestation oder einem fahrzeugseitigen Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann die Energie konditionieren, die vom EVSE 38 bereitgestellt wird, um der Traktionsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann mit dem EVSE 38 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Energie an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeports 34 zusammenpassen. Die verschiedenen erläuterten Komponenten weisen eine oder mehrere zugeordnete Steuerungen auf, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. ein Controller Area Network (CAN)) oder über separate Leiter kommunizieren.
Aktuelle Beispiele für thermische Verwaltungsanordnungen für elektrische Maschinen können Öl in Abschnitte der elektrischen Maschine für Kühlzwecke einleiten. Das Öl kann auf Drahtwickelköpfe der elektrischen Maschine getropft oder gesprüht werden. Diese Vorgehensweise kann jedoch aufgrund einer Ungleichmäßigkeit eines Kühlmittelstroms, wie auf die Wickelköpfe aufgetragen, nicht sehr effektiv beim Kühlen der Wickelköpfe sein. Eine luftgekühlte thermische Verwaltungsanordnung ist ein weiteres Beispiel für eine Anordnung zum Unterstützern der Verwaltung von thermischen Zuständen einer elektrischen Maschine. In diesem Beispiel kann ein Lüfter oder Gebläse neben den Wickelköpfen angeordnet sein, um Luft für Kühlzwecke dahin zu drücken.
1B zeigt ein Beispiel einer elektrischen Maschine für ein elektrifiziertes Fahrzeug, das hier im Allgemeinen als elektrische Maschine 100 bezeichnet wird. Die elektrische Maschine 100 kann einen Statorkern 102 und einen Rotor 106 beinhalten. Elektrifizierte Fahrzeuge können zwei oder mehr elektrische Maschinen beinhalten. Zum Beispiel kann für ein elektrifiziertes Fahrzeug mit zwei elektrischen Maschinen eine der elektrischen Maschinen primär als ein Motor fungieren und die andere kann primär als ein Generator fungieren. 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 beinhalten, die einen Hohlraum 110 definiert. Der Stator 102 kann außerdem Wicklungen 120 umfassen. Wicklungen 120 können innerhalb des Hohlraums 110 des Statorkerns 102 angeordnet sein. In einem Elektromaschinenmotor kann zum Beispiel Strom zu den Wicklungen 120 geleitet werden, um eine Drehkraft an dem Rotor 106 zu erhalten. In einem Elektromaschinengenerator kann zum Beispiel Strom, der in den Wicklungen 120 durch eine Drehung des Rotors 106 erzeugt wurde, abgezogen werden, um Fahrzeugkomponenten anzutreiben. Abschnitte der Wicklungen 120, die als Wickelköpfe 126 bezeichnet werden, können aus dem Hohlraum 110 hervorragen. Während des Betriebs der elektrischen Maschine 100 kann Hitze entlang der Wicklungen 120 und der Wickelköpfe 126 erzeugt werden.
Der Rotor 106 kann zur Anordnung und zum Betrieb innerhalb des Hohlraums 110 bemessen sein. Eine Welle (nicht gezeigt) kann betriebsfähig mit dem Rotor 106 zum Antreiben von Drehung davon verbunden sein. Der Rotor 106 beinhaltet mindestens eine Endplatte 130, die mindestens eine Öffnung 135 definiert. Die Öffnungen 135 in der Endplatte 130 stellen einen Einlass für Kühlmittel zu den Wickelköpfen 126 des Statorkerns 102 bereit. Das Kühlmittel wird durch die Rotorwelle (nicht gezeigt) geleitet, um die Temperaturen des Rotoreisenkerns und des Magneten herunterzukühlen. Nachdem der Rotorkern gekühlt wurde, wird aufgrund der Fliehkraft, die durch den sich drehenden Rotor 106 erzeugt wird, Kühlmittel herausgedrückt und durch die Öffnungen 135 in Richtung der Wickelköpfe 126 eingespritzt. Die Öffnungen 135 werden für veranschaulichende Zwecke in einem radial angeordneten Muster gezeigt und können ein auf Grundlage der gewünschten Kühlmitteleinspritzung beliebiges Muster sein. Kühlmittel wird durch die Öffnungen 135 in unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors 106 eingespritzt. Der Einspritzwinkel des Kühlmittels zu den Wickelköpfen 126 kann ebenfalls auf Grundlage der Drehzahl des Rotors variieren. Eine hohe Rotordrehzahl kann hohen Kühlmittelstromgeschwindigkeiten und größeren Einspritzwinkeln aufgrund der Fliehkraft entsprechen, die das Kühlmittel durch die Öffnungen 135 drückt. Eine hohe Kühlmittelstromgeschwindigkeit, wie etwa eine Strahlströmung, können die Kühlleistung erhöhen und die Kühlmittelverbreitungsauswirkungen auf die Wickelköpfe 126 verbessern.
In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet die vorliegende Offenbarung das Auftragen einer Beschichtung oder von Beschichtungen, um die Kühlmittelverteilung an einer elektrischen Maschine 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 jene, die Wasser bzw. Öl abweisen oder einen sehr hohen Kontaktwinkel damit aufweisen. Hydrophile und oleophile Beschichtungen sind jene, die Wasser bzw. Öl anziehen oder einen sehr niedrigen Kontaktwinkel damit aufweisen. Unter Bezugnahme auf 2 wird eine schematische Darstellung eines Wasser- oder Öltröpfchens (z. B. Automatikgetriebefluid, ATF) auf einer superhydrophoben/- oleophoben Beschichtung gezeigt. Wie gezeigt, bildet das Tröpfchen aufgrund seines Abstoßungsvermögens eine fast perfekte Kugel auf der Beschichtung aus. Superhydrophobe/- oleophobe Beschichtungen können bewirken, dass Wasser-/Öltröpfchen Kontaktwinkel von 130 Grad oder mehr mit der Beschichtung bilden. Im Gegensatz dazu breiten sich Tröpfchen auf superhydrophilen und -oleophilen Beschichtungen aus und bilden eine fast gleichmäßige Schicht über der Beschichtung. Superhydrophile/-oleophile Beschichtungen können bewirken, dass Wasser-/Öltröpfchen Kontaktwinkel von 25 Grad oder weniger mit der Beschichtung ausbilden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können alle geeigneten hydrophoben, oleophoben, superhydrophoben oder superoleophoben Beschichtungen verwendet werden. Im Allgemeinen können derartige Beschichtungen einen hohen Kontaktwinkel mit dem Wasser oder den Ölen aufweisen. Hydrophobe/oleophobe Materialien können im Allgemeinen jene sein, die einen Kontaktwinkel von mindestens 90 Grad bilden, wie etwa mindestens 100, 110, 120, 130 oder 140 Grad, während superhydrophobe/-oleophobe Materialien im Allgemeinen jene sein können, die einen Kontaktwinkel mit Wasser/Öl von mindestens 130 Grad bilden. Die Beschichtungen können aufgrund einer Oberflächenstruktur im Nanobereich derartig hohe Kontaktwinkel bilden. Zum Beispiel kann die Oberfläche der Beschichtung in sehr kleinen Vorsprüngen bedeckt sein, wodurch die Beschichtung im Nanobereich rau wird. Die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen können Luft fangen und sie energetisch nachteilig für Flüssigkeiten zum Benetzen der Oberfläche machen. In ähnlicher Weise können gemäß der vorliegenden Offenbarung alle geeigneten hydrophilen, oleophilen, superhydrophilen oder superoleophilen Beschichtungen verwendet werden. Im Allgemeinen können derartige Beschichtungen einen niedrigen Kontaktwinkel mit dem Wasser oder den Ölen aufweisen. Hydrophile/oleophile Materialien können im Allgemeinen jene sein, die einen Kontaktwinkel von höchstens 50 Grad bilden, wie etwa höchstens 40 oder 30 Grad, während superhydrophile/-oleophile Materialien im Allgemeinen jene sein können, die einen Kontaktwinkel mit Wasser/Öl von 25 Grad oder weniger bilden.
Beispiele für verschiedene (super-)hydrophobe/oleophobe und (super-)hydrophile/oleophile Zusammensetzungen und Behandlungsmethoden sind in den US-Patentanmeldungen Nr. 2013/0109261, 2012/0009396, 2010/0314575, 2012/0045954 und 2006/0029808 und auch in den US-Patentanmeldungen Nr. 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 und auch in der Internationalen Veröffentlichung Nr. WO2013/058843 bereitgestellt, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Die (super)hydrophobe/-oleophobe Beschichtung kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Verfahrens, welches von der Zusammensetzung der Beschichtung selbst abhängig sein kann, auf die elektrische Maschine aufgetragen werden. In einer Ausführungsform kann die Beschichtung durch Sprühen aufgebracht werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Beschichtung unter Verwendung einer Form von Abscheidung, wie etwa physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition - PVD) oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition - CVD), aufgebracht werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Beschichtung physikalisch auf die elektronische Vorrichtung übertragen werden, wie etwa durch Walzen oder Pinsel auftrag. Unabhängig von dem Aufbringungsverfahren können Schablonen verwendet werden, um nur bestimmte gewünschte Flächen oder Bereiche zu beschichten.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 werden ein schematisches Beispiel und eine Fotografie eines Experimentalbeispiels einer hydrophoben/oleophoben (hier nachfolgend „abweisenden“) 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 Bereiche 52 der abweisenden Beschichtung gebildet sein, die Grenzen bilden. In dem in 3 gezeigten Beispiel bilden zwei beabstandete Linien 52 die Grenzen für den Strömungsweg 50. Die Linien 52 können gleichmäßig beabstandet sein, um den Strömungsweg 50 zu bilden, der eine konstante oder im Wesentlichen konstante Breite aufweist. In anderen Ausführungsformen kann der Strömungsweg 50 jedoch eine nicht konstante Breite aufweisen. Die Linien 52, welche die Grenzen bilden, können ausgelegt sein, um einen Strömungsweg 50 zu bilden, der eine beliebige Form oder ein beliebiges Muster aufweist. In der in 3 gezeigten Ausführungsform bilden die Linien 52 einen zickzackförmigen Strömungsweg 50, der ebenfalls als ein sinusförmiger, serpentinenförmiger, gewundener oder oszillierender Strömungsweg 50 bezeichnet werden kann.
In mindestens einer Ausführungsform kann/können die Linie(n) 52 der abweisenden Beschichtung Grenzen für den Strömungsweg 50 ohne beliebige erhöhte Wände oder versenkte/eingeschnittene Kanäle bilden. Das heißt, der Strömungsweg 50 kann nur aufgrund des Abweisungsvermögens der Flüssigkeit (z. B. Kühlmittel) von der Beschichtung ausgebildet werden. Die Verwendung der Begrenzungslinien, -streifen, -flächen usw. der abweisenden Beschichtung kann daher eine Steuerung oder Beeinflussung der Kühlmittelströmung ohne den Bedarf an relativ großen physischen Barrieren, wie etwa Kanalwände oder Kanalgraben oder -mulden, ermöglichen. Stattdessen kann eine Beschichtung verwendet werden, um den Strom des Kühlmittels zu steuern/zu beeinflussen. Zum Beispiel kann der Einspritzwinkel des Kühlmittels auf die Wickelköpfe geändert werden oder das Kühlmittel am Rand einer Rotorendplatte konzentriert werden. Wie in 4 gezeigt, kann die Beschichtung sehr dünn sein, um im Wesentlichen eben oder bündig mit der Oberfläche, auf die sie aufgetragen wurde, relativ zu der Höhe des zu regelnden Kühlmittels zu sein. Zum Beispiel kann die Beschichtung eine Dicke von weniger als 1 mm aufweisen, wie etwa weniger als 500 µm, 250 µm, 100 µm, 50 µm, 25 µm oder 15 µm.
In mindestens einer Ausführungsform kann zusätzlich zu der/den Grenzlinie(n) 52 der abweisenden Beschichtung zudem eine hydrophile oder oleophile Beschichtung 54 aufgebracht werden, um den Strömungsweg 50 zu bilden. In einer Ausführungsform kann wenigstens ein Abschnitt des Bereichs des Strömungswegs 50 mit der hydrophilen oder oleophilen Beschichtung (hier nachfolgend „Benetzungsbeschichtung“) beschichtet sein. Zum Beispiel kann die gesamte Fläche des Strömungswegs 50 mit der Benetzungsbeschichtung beschichtet sein. In einer anderen Ausführungsform können Linien der Benetzungsbeschichtung in dem Strömungsweg 50 aufgebracht sein. Zum Beispiel können Linien aufgetragen werden, die parallel zu den Linien 52 der abweisenden Beschichtung sind. Dementsprechend kann die Benetzungsbeschichtung dabei helfen, die Strömung eines Kühlmittels innerhalb des Strömungswegs weiter zu steuern. Die Linien 52 der abweisenden Beschichtung können eine Außengrenze des Strömungswegs 50 ausbilden, während die Benetzungsbeschichtung fördert, dass das Kühlmittel darüber in die gewünschte Richtung strömt.
Das Kühlmittel kann wirksam durch Bilden beschichteter Gebiete unter Verwendung der abweisenden Beschichtung und optional der Benetzungsbeschichtung auf den Rotorendplatten verteilt werden. Bei geringen Rotordrehzahlen strömt das Kühlmittel auf unbeschichteten Flächen aufgrund geringen Strömungswiderstands. Bei hohen Rotordrehzahlen erhöht die abweisende Beschichtung jedoch einen Einspritzwinkel mit starkem Strömungsimpuls, um den Widerstand auf der beschichteten Fläche zu überwinden. Die abweisende Beschichtung, kann außerdem verwendet werden, um Kühlmittelströmungswege auf der Rotorendplatte zu steuern, zusätzlich zum Verändern des Einspritzwinkels von Kühlmittel in Richtung der Wickelköpfe. Die Verwendung von Beschichtungsmaterial zum Steuern der Kühlmittelstromverteilung auf diese Weise kann zu Kühlmittelstrahlstrom in der elektrischen Maschine mit hohen Wärmeübertragungskoeffizienten führen. Der Kühlmittelstrahlstrom kann außerdem wirksam Kühlmittel über die Wickelköpfe des Statorkerns aufgrund starken untergeordneten Stroms nach Auftreffen verteilen, wodurch die Rotorsprühkühlleistung verbessert wird. Abweisendes Beschichtungsmaterial kann mit oder ohne Benetzungsbeschichtung in einem Muster oder in Linien verwendet werden, das/die Grenzen bildet/bilden, um Kühlmittelwege zu steuern, um Kühlmittel wirksam zu den Wickelköpfen zu konkreten Bereichen auf der Rotorendplatte zu leiten, wie etwa Kühlmittel am Rand der Rotorendplatte zu konzentrieren.
Unter Bezugnahme auf 5 werden Beispiele für unterschiedliche Formen und Muster von Strömungswegen 50 gezeigt, die unter Verwendung der Beschichtungen gebildet werden können. Die gezeigten Muster dienen veranschaulichenden Zwecken und andere nicht gezeigte Muster können durch die Beschichtungsgrenzen und Linien in Abhängigkeit von der gewünschten Strömungswegkühlung gebildet werden. Das erste Beispiel aus 5 zeigt eine gerade Linie von abweisender Beschichtung 52, die eine Grenze auf der Rotorendplatte 130 bildet. Der Kühlmittelstrom 50 strömt in einem Winkel aus der Öffnung 135 in einem geraden Weg zum Wickelkopf 126. 5 zeigt außerdem eine zickzackförmige Linie von abweisender Beschichtung 52, die eine Grenze auf der Rotorendplatte 130 bildet. Der Kühlmittelstrom 50 ist ein zickzackförmiger Weg von der Öffnung 135 zum Wickelkopf 126. Der zickzackförmige Strömungsweg 50 kann auch als sinusförmiger, serpentinenförmiger, gewundener oder oszillierender Strömungsweg 50 bezeichnet werden. Das dritte Beispiel aus 5 zeigt eine zickzackförmige Linie von abweisender Beschichtung 52, die eine Grenze auf der Rotorendplatte 130 bildet, wobei eine zusätzliche Grenze 52 eine Strömungsverteilungsveränderung für den zickzackförmigen Weg 50 von der Öffnung 135 vor den Wickelköpfen 126 bereitstellt. Die zusätzliche Grenze 52 kann ein unterschiedliches Muster (z. B. unterschiedlich zu einer durchgehenden Linie) bilden und einen untergeordneten Strömungsweg 50 oder einen großen Einspritzwinkel zu den Wickelköpfen 126 bereitstellen. Das vierte Beispiel in 5 zeigt eine diagonale Linie von abweisender Beschichtung 52, die eine Grenze auf der Rotorendplatte 130 bildet. Der Kühlmittelstrom 50 strömt in einem Winkel aus der Öffnung 135 entlang der Grenze 52 zum Wickelkopf 126. Obwohl durchgehende Grenzen für veranschaulichende Zwecke gezeigt werden, können unterteilte, unterbrochene oder nichtdurchgehende Muster und Formen von abweisender Beschichtung auf Grundlage des gewünschten Kühlmittelstroms auf der Rotorendplatte verwendet werden. Ähnlich zum Vorstehenden in Bezug auf die 3-4, kann eine Benetzungsbeschichtung 54 ebenfalls in dem Strömungsweg 50 aufgetragen werden, um den Kühlmittelstrom zu steuern, dies ist jedoch nicht vorgeschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 6A-6C werden Beispiele für unterschiedliche Formen und Strömungswege 50 gezeigt, die auf der Rotorendplatte 130 gebildet werden können. Gemäß einer Ausführungsform ist die abweisende Beschichtung 52 in 6A auf der Rotorendplatte 130 in dem Gebiet zwischen den Öffnungen 135 und dem Außenrand der Endplatte 130 beschichtet. Der Kühlmittelströmungsweg 50 ist im Hinblick auf die Drehrichtung 140 gezeigt. Die abweisende Beschichtung 52 kann den Kühlmittelstrom steuern und den Kühlmittelstrahlstrom mit untergeordnetem Strom nach Auftreffen erzeugen, wodurch die Rotorsprühkühlleistung verbessert wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt 6B die Rotorendplatte 130 mit Abschnitten des Gebiets zwischen den Öffnungen 135 und dem Außenrand der Endplatte, die mit der abweisenden Beschichtung 52 beschichtet ist. Demnach kann die abweisende Beschichtung 52 den Kühlmittelstrom entlang des Strömungswegs 50 gemäß der Richtung der Drehung 140 des Rotors steuern. Die abweisende Beschichtung 52 kann außerdem Kühlmittelstrahlstrom durch Auftreffen erzeugen. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform zeigt 6C zwei beabstandete Linien oder Streifen von abweisender Beschichtung 52, die Grenzen für den Kühlmittelströmungsweg 50 bilden. Die beabstandeten Linien beginnen bei den Öffnungen 135 und erweitern sich, um einen sich Strömungsweg 50 mit erweiternder Breite zum Außenrand der Endplatte 130 gemäß der Richtung der Drehung 140 des Rotors bereitzustellen. Ähnlich zum Vorstehenden in Bezug auf die 3-5, kann eine Benetzungsbeschichtung 54 ebenfalls in einem beliebigen der vorstehenden Strömungswege 50 aufgetragen werden, um den Kühlmittelstrom weiter zu steuern, dies ist jedoch nicht vorgeschrieben.
Die in den 3-6 gezeigten und beschriebenen Beispiele können sich auf Strömungswege 50 beziehen, in denen die Grenzen eine oder mehrere durchgehende Linien oder Streifen von Beschichtung 52 sein können, um mindestens einen Strömungsweg zu bilden. Es können mehrere Linien (z. B. zwei oder mehr, wie in den Beispielen gezeigt) sowie Grenzen beinhaltet sein, die keine Linien bilden (wie etwa unterteilte, unterbrochene oder nichtdurchgehende Muster oder Gebiete), um den Strom einer Flüssigkeit, wie etwa Kühlmittel, zu steuern. Grenzen aus Beschichtung 52 können auf die Rotorendplatte 130 aufgetragen werden, um das Strömen von Flüssigkeit durch die Grenze zu verhindern oder dies zu vermindern und/oder um die Flüssigkeit auf einer Seite der Grenze zu halten. In anderen Beispielen können Grenzen aus Beschichtung 52 auf die Oberfläche aufgetragen werden, um mehrere Strömungswege 50 zu erzeugen oder um den Einspritzwinkel des Kühlmittels zu den Wickelköpfen zu verändern. In einigen Ausführungsformen kann die abweisende Beschichtung 52 unterbrochene Stufen zum Erzeugen von Kühlmittelstrahlstrom bilden, was zu großen Wärmeübertragungskoeffizienten und starkem untergeordnetem Strömen nach dem Auftreffen führt. Die Kühlmittelversorgung kann unter Verwendung der abweisenden Beschichtungsmaterialien durch das Ändern des ebenenverschobenen Einspritzwinkels im Hinblick auf die Rotordrehzahl gesteuert werden. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann ein einzelner Strömungsweg 50 in mehrere Strömungswege aufgeteilt werden, wie zum Beispiel zwei (zweigabelig), drei (dreigabelig) oder mehr Strömungswege. Es können ebenfalls mehrere Sätze und Arten von Grenzen 52 verwendet werden, um eine Mehrzahl von einzelnen Strömungswegen 50 und Strömungsverteilungen zu bilden. Gleichermaßen können Linien, Schichten, Streifen oder Bereiche der Benetzungsbeschichtung 54 in einem Abschnitt vom oder im gesamten Strömungsweg 50 aufgetragen werden, um Kühlmittel anzuziehen oder dazu anzuregen, in eine Richtung oder in einem Strömungsweg der Beschichtung 54 zu strömen. Die Benetzungsbeschichtung 54 kann zusammen mit der abweisenden Beschichtung zur besseren Steuerung des Kühlmittelstroms verwendet werden.
In mindestens einer Ausführungsform kann die abweisende Beschichtung verwendet werden, um einen oder mehrere Kühlmittelströmungswege 50 zu bilden oder Kühlmittelstrahlstrom (durch Verändern des Einspritzwinkels des Kühlmittels) zur Rotorendplatte 130 der elektrischen Maschine 100 zu erzeugen. Während des Betriebs der elektrischen Maschine 100 kann Kühlmittel, wie etwa ein ölbasiertes Kühlmittel (z. B. ATF), in den Rotor über die Rotorwelle eingeleitet werden, um Wärme abzuleiten. Das Kühlmittel kann in Abhängigkeit von der Gestaltung der konkreten elektrischen Maschine durch eine Reihe von Arten eingeleitet werden. In einigen Gestaltungen kann das Kühlmittel gepumpt oder anderweitig in den Rotor abgegeben werden. Die abweisende Beschichtung und die Benetzungsbeschichtung können auf die Oberfläche der Rotorendplatte 130 aufgetragen werden, um den Strom von Kühlmittel auf der Rotorendplatte und das Einspritzen von Kühlmittel in Richtung der Wickelköpfe 126 des Statorkerns 102 zu steuern oder zu beeinflussen. Die abweisende Beschichtung kann verwendet werden, um Grenzen zu bilden, die Strömungswege definieren, um einheitlicheren Kühlmittelstrom auf der Oberfläche der Endplatte 130 von den Öffnungen 135 zu den Wickelköpfen 126 bereitzustellen, als wenn keine Beschichtung verwendet würde. Die abweisende Beschichtung kann ebenfalls verwendet werden, um Grenzen zu bilden, um Kühlmittel zu Bereichen zu leiten oder auf diese zu treffen, die unzureichende Kühlung erhalten würden, wenn der Kühlmittelstrom oder der Einspritzwinkel nicht angepasst würde. Zum Beispiel können Bereiche, die unzureichende Kühlung erhalten, Bereiche ausbilden, die als „heiße Stellen“ bezeichnet werden.
Unter Bezugnahme auf die 7A und 7B werden Beispiele für unterschiedliche Formen und Muster der Beschichtung 52 auf der Rotorendplatte 130 gezeigt. In bestimmten Ausführungsformen wird die abweisende Beschichtung 52 verwendet, um Strahlstrom von Kühlmittel zu erzeugen oder den Einspritzwinkel von Kühlmittel aus den Öffnungen 135 in der Endplatte 130 zu den Wickelköpfen 126 zu verändern. Die in den 7A und 7B gezeigten Muster sind lediglich Beispiele und andere Beispiele können in Abhängigkeit vom gewünschten Strom von Kühlmittel und dem Einspritzwinkel gebildet werden. 7A zeigt eine Grenzlinie der Beschichtung 52 sowie eine gestufte Auslegung zusätzlicher Grenzen, die aus der Beschichtung 52 gebildet sind. Der Kühlmittelströmungsweg 50 kann beim Auftreffen auf die Grenzen zu Kühlmittelstrahlstrom mit einem starken untergeordneten Strom zu den Wickelköpfen oder einem größeren Einspritzwinkel von Kühlmittel zu den Wickelköpfen führen. Gleichermaßen ist in 7B die abweisende Beschichtung 52 umlaufend an der Oberfläche der Rotorendplatte 130 an unterschiedlichen Punkten entlang des Radius der Endplatte 130 angeordnet. Das Kühlmittel strömt den Strömungsweg 50 (nicht gezeigt) von den Öffnungen 135 zum Rand der Endplatte 130 entlang und trifft derartig auf die Grenzen, dass ein Kühlmittelstrahlstrom erzeugt werden kann oder der Einspritzwinkel des Kühlmittelstroms zu den Wickelköpfen verändert werden kann. Zwei beabstandete Grenzen der Beschichtung 52 werden zu beispielhaften Zwecken gezeigt und eine beliebige Anzahl von durchgehenden oder unterteilten Grenzen kann ebenfalls auf Grundlage des gewünschten Kühlmittelstroms und Einspritzwinkels verwendet werden. Ähnlich zum Vorstehenden in Bezug auf die 3-6, kann eine Benetzungsbeschichtung 54 ebenfalls in dem Strömungsweg 50 aufgetragen werden, um den Kühlmittelstrom und/oder die Einspritzwinkel zu steuern, dies ist jedoch nicht vorgeschrieben.
Dementsprechend können (super)hydrophobe und/oder -oleophobe Beschichtungsmaterialien und/oder (super)hydrophile oder -oleophile Beschichtungsmaterialien zur Wärmeregelung elektrischer Maschinen eingesetzt werden. Die Verwendung dieser Beschichtungsmaterialien auf der Rotorendplattenoberfläche kann eine gesteuerte Stromverteilung und angepasste Einspritzwinkel ohne Befestigungen an der Endplatte ermöglichen, was zusätzliche Kosten erfordern und zu Wirkungsgradverlusten führen kann. Zusätzlich können die Beschichtungsmaterialien die Zuverlässigkeit der elektrischen Maschinen verbessern, indem lokalisierte heiße Stellen eliminiert werden und Leistungsverlust gesenkt wird. Darüber hinaus kann eine Reduzierung der Größe elektrischer Maschinen aufgrund der superhydrophob/-oleophob beschichteten Oberflächen realisiert werden.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich dazu können die Merkmale unterschiedlicher umsetzender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2013/0109261 [0022]
US 2012/0009396 [0022]
US 2010/0314575 [0022]
US 2012/0045954 [0022]
US 2006/0029808 [0022]
US 8007638 [0022]
US 6103379 [0022]
US 6645569 [0022]
US 6743467 [0022]
US 7985451 [0022]
US 8187707 [0022]
US 8202614 [0022]
US 7998554 [0022]
US 7989619 [0022]
US 5042991 [0022]
US 8361176 [0022]
US 8258206 [0022]
US 6458867 [0022]
US 6503958 [0022]
US 6723378 [0022]
WO 2013/058843 [0022]

Claims

Elektrische Maschine, die Folgendes umfasst: einen Statorkern, der einen Hohlraum definiert und Wickelköpfe aufweist, die aus dem Hohlraum hervorragen; einen Rotor, der ausgelegt ist, innerhalb des Hohlraums zu drehen, und Endplatten aufweist, die eine Vielzahl von Öffnungen zum Bereitstellen von Kühlmittel definieren; und eine oder mehrere Schichten einer oleophoben oder hydrophoben Beschichtung, die an Abschnitten der Endplatte angeordnet ist, die den Öffnungen entsprechen, um den Kühlmittelstrom zu den Wickelköpfen zu erhöhen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, ferner umfassend eine oder mehrere Schichten einer oleophilen oder hydrophilen Beschichtung, die einen Kühlmittelstromweg auf den Endplatten zum Leiten des Kühlmittels zu den Abschnitten der Endplatte zusammen mit der einen oder den mehreren Schichten der oleophilen oder hydrophilen Beschichtung definiert.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittel auf eine oder mehrere Schichten der oleophoben oder hydrophoben Beschichtung trifft, was einen Kühlmittelstrahlstrom zu den Wickelköpfen erzeugt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei jede Öffnung einer oder mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben Beschichtung entspricht, um das Kühlmittel von der Öffnung zum Wickelkopf zu leiten.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben Beschichtung an Abschnitten der Endplatte in einem Winkel angeordnet sind, der den Öffnungen und der Drehrichtung des Rotors entspricht.
Elektrische Maschine, die Folgendes umfasst: einen Statorkern, der einen Hohlraum definiert und Wickelköpfe aufweist, die aus dem Hohlraum hervorragen; einen Rotor, der ausgelegt ist, innerhalb des Hohlraums zu drehen, und Endplatten aufweist, die eine Vielzahl von Öffnungen zum Bereitstellen von Kühlmittel definieren; und eine oder mehrere Schichten einer oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung, die mindestens eine Grenze der Endplatte zwischen den Öffnungen und den Wickelköpfen definiert, um den Kühlmittelstrom zu den Wickelköpfen zu leiten.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6, ferner umfassend eine oder mehrere Schichten einer oleophilen oder hydrophilen gemusterten Beschichtung an den Endplatten im Strömungsweg, um das Kühlmittel zu den Wickelköpfen zu leiten.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung zwei beabstandete Grenzen definieren, die den Strömungsweg definieren.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung mindestens eine Ringgrenze auf der Endplatte radial nach außen von den Öffnungen definieren, die ausgelegt sind, Kühlmittelstrahlstrom zu erzeugen, nachdem das Kühlmittel auf den mindestens einen Ring auftrifft.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung unterbrochene Grenzen zur Kühlmittelstromtrennung definieren.
Elektrische Maschine nach Anspruch 10, wobei unterbrochenen Grenzen mindestens eine Grenzlinie beinhalten, die einen Hauptkühlmittelströmungsweg und mindestens eine Grenzstufe in einem Abschnitt des Hauptkühlmittelströmungswegs bildet, um einen oder mehrere untergeordnete Kühlmittelstromwege zu bilden.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Grenzstufe ausgelegt ist, einen Kühlmittelstrahlstrom nach dem Auftreffen auf die Grenzstufe zu erzeugen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben gemusterten Beschichtung eine zickzackförmige Grenze definieren, um den Kühlmittelstrom auf einem zickzackförmigen Kühlmittelstromweg von der Öffnung zu den Wickelköpfen zu leiten.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Grenze gemäß einer Drehrichtung des Rotors positioniert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 7, wobei die eine oder die mehreren Schichten der oleophoben oder hydrophoben Beschichtung eine superoleophobe oder - hydrophobe Beschichtung sind, die einen Kontaktwinkel mit einem ölbasierten oder wasserbasierten Kühlmittel von wenigstens jeweils 130 Grad aufweist.