DE102018212654A1

DE102018212654A1 - Cooling an electrical machine

Info

Publication number: DE102018212654A1
Application number: DE102018212654.2A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bäuerle; Khalid Jafoui
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2020-01-30
Also published as: WO2020025358A1

Abstract

Eine zylinderförmige elektrische Maschine (105) umfasst eine Drehachse (120) und ist dazu eingerichtet, in einer zylinderförmigen Ausnehmung eines Gehäuses (115) aufgenommen zu werden. Ein Kühlmantel (110) für die elektrische Maschine (105) ist dazu eingerichtet, in einem Ringspalt zwischen der Maschine (105) und dem Gehäuse (115) zu liegen. Dabei umfasst der Kühlmantel (110) einen Einlassbereich (130) für ein Fluid (137); einen Auslassbereich (135) für ein Fluid (137); mehrere Stege (145), die derart ausgebildet sind, dass zwischen benachbarten Stegen (145) jeweils ein Kanal (150) zur Führung von Fluid (137) vom Einlassbereich (130) zum Auslassbereich (135) gebildet ist; wobei die Kanäle (150) in einem ersten Abschnitt (155) axial versetzt in Umfangsrichtung um die Drehachse (120) in Richtung des Auslassbereichs (135) verlaufen; und in einem zweiten Abschnitt (160) fächerförmig vom Einlassbereich (130) zum ersten Abschnitt (155) verlaufen.

A cylindrical electrical machine (105) has an axis of rotation (120) and is designed to be received in a cylindrical recess of a housing (115). A cooling jacket (110) for the electrical machine (105) is set up to lie in an annular gap between the machine (105) and the housing (115). The cooling jacket (110) comprises an inlet area (130) for a fluid (137); an outlet area (135) for a fluid (137); a plurality of webs (145) which are designed such that a channel (150) for guiding fluid (137) from the inlet region (130) to the outlet region (135) is formed between adjacent webs (145); wherein the channels (150) in a first section (155) extend axially offset in the circumferential direction around the axis of rotation (120) in the direction of the outlet region (135); and in a second section (160) run in a fan shape from the inlet area (130) to the first section (155).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Kühlung einer elektrischen Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Fluidkühlung für eine Maschine, die als Traktionsantrieb für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann.The present invention relates to the cooling of an electrical machine. In particular, the invention relates to a fluid cooling for a machine that can be used as a traction drive for a motor vehicle.

Ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Maschine als Antriebsmotor. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine den alleinigen Antrieb darstellen oder einen von mehreren Antriebsmaschinen bilden. Eine andere Antriebsmaschine kann insbesondere als Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Die elektrische Maschine kann sich beim Betrieb beträchtlich erwärmen, sodass eine aktive Kühlung vorteilhaft ist. Dazu kann insbesondere ein Kühlfluid an erwärmte Stellen der Maschine geleitet werden, um überschüssige Wärme aufzunehmen und abzuführen. Es hat sich gezeigt, dass eine gleichmäßige Kühlung der elektrischen Maschine einer Kühlung thermisch besonders beanspruchter Stellen vorzuziehen ist.A motor vehicle comprises an electrical machine as a drive motor. In different embodiments, the electrical machine can represent the sole drive or form one of several drive machines. Another drive machine can be designed in particular as an internal combustion engine. The electrical machine can heat up considerably during operation, so that active cooling is advantageous. For this purpose, a cooling fluid can in particular be directed to heated points of the machine in order to absorb and dissipate excess heat. It has been shown that uniform cooling of the electrical machine is preferable to cooling of particularly thermally stressed points.

DE 10 2014 204 816 A1 betrifft eine elektrische Maschine mit einem Kühlelement. Ein Kühlfluid wird in einem Kühlmantel in Kanälen um die elektrische Maschine herum geführt. DE 10 2014 204 816 A1 relates to an electrical machine with a cooling element. A cooling fluid is guided in a cooling jacket in channels around the electrical machine.

Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Technik zur gleichmäßigen Kühlung einer elektrischen Maschine. Die Erfindung löst dieses Problem mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben besonders bevorzugte Ausführungsformen wieder.One object of the present invention is to provide an improved technique for uniformly cooling an electrical machine. The invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claims. Sub-claims reflect particularly preferred embodiments.

Eine zylinderförmige elektrische Maschine umfasst eine Drehachse und ist dazu eingerichtet, in einer zylinderförmigen Ausnehmung eines Gehäuses aufgenommen zu werden. Ein Kühlmantel für die elektrische Maschine ist dazu eingerichtet, in einem Ringspalt zwischen der Maschine und dem Gehäuse zu liegen. Dabei umfasst der Kühlmantel einen Einlassbereich für ein Fluid; einen Auslassbereich für ein Fluid; mehrere Stege, die derart ausgebildet sind, dass zwischen benachbarten Stegen jeweils ein Kanal zur Führung von Fluid vom Einlassbereich zum Auslassbereich gebildet ist; wobei die Kanäle in einem ersten Abschnitt axial versetzt in Umfangsrichtung um die Drehachse in Richtung des Auslassbereichs verlaufen; und in einem zweiten Abschnitt fächer- oder sternförmig vom Einlassbereich zum ersten Abschnitt verlaufen.A cylindrical electrical machine comprises an axis of rotation and is designed to be received in a cylindrical recess in a housing. A cooling jacket for the electrical machine is set up to lie in an annular gap between the machine and the housing. The cooling jacket comprises an inlet area for a fluid; an outlet area for a fluid; a plurality of webs which are designed such that a channel for guiding fluid from the inlet area to the outlet area is formed between adjacent webs; wherein the channels in a first section extend axially offset in the circumferential direction around the axis of rotation in the direction of the outlet region; and run in a fan-shaped or star-shaped manner from the inlet area to the first section in a second section.

Durch diese Führung der Kanäle kann eine weitgehend gleiche Strömungsgeschwindigkeit in den Kanälen erzielt werden. Die elektrische Maschine kann verbessert gleichmäßig mittels des Fluids gekühlt werden. Unterdurchschnittlich gut gekühlte Bereiche („hot Spots“, heiße Gebiete) können vermieden werden. Die elektrische Maschine kann so verbessert bis an ihre Leistungsgrenze belastet werden, ohne dass ein punktueller thermischer Schaden eintritt. Die elektrische Maschine kann Teil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Dabei kann das Kraftfahrzeug insbesondere als ein Sportfahrzeug für den Rennsport ausgebildet sein.By guiding the channels, a largely identical flow velocity can be achieved in the channels. The electrical machine can be improved evenly cooled by means of the fluid. Areas that are well below average can be avoided (“hot spots”). The electrical machine can thus be loaded up to its performance limit in an improved manner, without any punctual thermal damage occurring. The electrical machine can be part of a drive train of a motor vehicle. The motor vehicle can in particular be designed as a sports vehicle for racing.

Die Kanäle können radial innen durch den Kühlmantel und radial außen durch das Gehäuse begrenzt sein. Kühlmittel kann so von der elektrischen Maschine ferngehalten werden, gleichzeitig kann ein Wärmeübergang des Fluids vom oder zum Gehäuse verbessert sein. Durch die Nutzung des Gehäuses als Begrenzung der Kanäle kann eine Masse des Kühlmantels verringert sein.The channels can be delimited radially on the inside by the cooling jacket and radially on the outside by the housing. Coolant can thus be kept away from the electrical machine, and at the same time heat transfer of the fluid from or to the housing can be improved. By using the housing as a boundary of the channels, a mass of the cooling jacket can be reduced.

Im zweiten Abschnitt kann zwischen Enden der Stege jeweils ein Spalt gebildet sein, wobei die Spalte bevorzugt so bemessen sind, dass Strömungsgeschwindigkeiten in den Kanälen im Wesentlichen gleich sind. Die Spalte können nach Art einer Düse oder Blende wirken und dem Fluid jeweils einen vorbestimmten Strömungswiderstand entgegensetzen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids kann gut über die Spaltbreite eingestellt werden.In the second section, a gap can be formed between ends of the webs, the gaps preferably being dimensioned such that flow velocities in the channels are essentially the same. The gaps can act in the manner of a nozzle or orifice and each oppose the fluid with a predetermined flow resistance. The flow rate of the fluid can be adjusted well over the gap width.

In einer weiteren Ausführungsform ist im zweiten Abschnitt in einem Kanal ein Leitsteg vorgesehen, der den Kanal in zwei Teilkanäle teilt. Die Teilkanäle erstrecken sich nebeneinander und sind im Wesentlichen auf einer Mantelfläche um die Drehachse zueinander versetzt. Die Teilkanäle verlaufen parallel zueinander und sind am Ende eines solchen Leitstegs im Kanal wieder zusammengeführt. Durch den Leitsteg kann eine Strömung von Fluid im Kanal verbessert geführt werden. Das Fluid kann verbessert beruhigt und in eine gewünschte Richtung gelenkt werden.In a further embodiment, a guide bar is provided in the second section in a channel, which divides the channel into two subchannels. The subchannels extend next to one another and are essentially offset from one another on a lateral surface about the axis of rotation. The subchannels run parallel to one another and are brought together again in the channel at the end of such a guide bridge. A flow of fluid in the channel can be improved through the guide bar. The fluid can be calmed better and directed in a desired direction.

Es ist besonders bevorzugt, dass der Leitsteg im Einlassbereich mit den Stegen, die den Kanal begrenzen, zwei Spalte bildet, die so bemessen sind, dass Strömungsgeschwindigkeiten in den Teilkanälen im Wesentlichen gleich sind. Sind mehrere Leitstege in unterschiedlichen Kanälen vorgesehen, so kann das Fluid vom Einlassbereich zunächst den ersten, oben beschriebenen ersten Spalt zwischen zwei Stegen passieren, und danach zwei zweite Spalte, die jeweils zwischen einem Steg und dem Leitsteg gebildet sind. Erste Abstände der ersten Spalte vom Einlassbereich können gleich sein. Zweite Abstände der zweiten Spalte vom Einlassbereich können ebenfalls gleich sein, wobei die zweiten Abstände üblicherweise größer als die ersten Abstände sind.It is particularly preferred that the guide web forms two gaps in the inlet area with the webs that delimit the channel, which are dimensioned such that flow velocities in the subchannels are essentially the same. If several guide webs are provided in different channels, the fluid from the inlet area can first pass the first gap described above between two webs, and then two second gaps, which are each formed between a web and the guide web. The first distances of the first column from the inlet area can be the same. Second distances of the second column from the inlet area can also be the same, the second distances usually being greater than the first distances.

Der Leitsteg kann sich auf einem vorbestimmten Teil des ersten Abschnitts in Umfangsrichtung erstrecken. Dadurch kann eine weitere Führung und Beruhigung des Fluids im Kanal erzielt werden. Außerdem können die Teilkanäle als Strömungshindernis wirken, sodass über die Länge der Teilkanäle die Strömungsgeschwindigkeit im Kanal feinfühlig beeinflusst werden kann.The guide bar can extend in the circumferential direction on a predetermined part of the first section. This allows further guidance and Calming of the fluid in the channel can be achieved. In addition, the subchannels can act as a flow obstacle, so that the flow velocity in the channel can be delicately influenced over the length of the subchannels.

Der Auslassbereich kann nahe eines axialen Endes des Kühlmantels liegt, wobei Enden benachbarter Stege im zweiten Abschnitt gleichsinnig axial und in Umfangsrichtung versetzt sind. Anders ausgedrückt können die in Umfangsrichtung verlaufenden Stege stufenförmig enden. Ein Bereich, in welchem eine nur geringe oder zirkuläre Strömung auftritt, kann vermieden werden. Ein solcher Bereich wird auch Totwasserbereich genannt.The outlet area can be close to an axial end of the cooling jacket, the ends of adjacent webs in the second section being offset axially and circumferentially in the same direction. In other words, the webs running in the circumferential direction can end in a step-like manner. An area in which there is little or circular flow can be avoided. Such an area is also called dead water area.

Die Kanäle können in einem dritten Abschnitt zwischen dem zweiten Abschnitt und dem Auslassbereich zusammengeführt sein, wobei sich der dritte Abschnitt schräg zur Drehachse erstreckt. Dadurch kann eine Zusammenführung der Kanäle in Richtung des Auslassbereichs bei im Wesentlichen gleichförmiger Fließgeschwindigkeit des Fluids erreicht werden.The channels can be brought together in a third section between the second section and the outlet area, the third section extending obliquely to the axis of rotation. As a result, the channels can be brought together in the direction of the outlet region with a substantially uniform flow velocity of the fluid.

Der Kühlmantel kann ferner einen radialen Abschluss an einem axialen Ende umfassen, wobei am radialen Abschluss bevorzugt weitere Stege ausgebildet sind, zwischen denen jeweils ein stirnseitiger Kühlkanal gebildet ist, der um die Drehachse verläuft. Dadurch kann eine Kühlung der elektrischen Maschine an einem axialen Ende verbessert werden. In diesem Bereich kann sich beispielsweise ein üblicherweise thermisch hoch belasteter Wickelkopf der Maschine befinden. Breiten der stirnseitigen Kanäle können in Abhängigkeit ihrer Längen so gewählt sein, dass sich wieder möglichst gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids ergeben. Der radiale Abschluss kann eine konzentrische Ausnehmung zum Durchtritt einer Welle der elektrischen Maschine aufweisen.The cooling jacket can further comprise a radial end at an axial end, further webs preferably being formed on the radial end, between which an end-side cooling channel is formed in each case, which runs around the axis of rotation. As a result, cooling of the electrical machine at one axial end can be improved. In this area, for example, a winding head of the machine, which is usually subjected to high thermal loads, can be located. Widths of the end channels can be chosen depending on their lengths so that the flow velocities of the fluid are as uniform as possible. The radial termination can have a concentric recess for the passage of a shaft of the electrical machine.

Der Kühlmantel kann dazu eingerichtet sein, an wenigstens einem axialen Ende stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden zu werden. Die Verbindung kann insbesondere mittels Schweißen erfolgen. Dadurch kann sichergestellt sein, dass das Fluid in dem Raum zwischen dem Kühlmantel und dem Gehäuse dicht eingeschlossen ist. Außerdem kann der Kühlmantel genau und hoch belastbar mit dem Gehäuse verbunden sein. In einer Ausführungsform ist der Kühlmantel als tragendes Element ausgeführt und insbesondere so dimensioniert, dass er Lagerkräfte der elektrischen Maschine an das Gehäuse übermitteln oder das Gehäuse versteifen kann. Ein Gehäuse für eine elektrische Maschine weist einen hierin beschriebenen Kühlmantel auf.The cooling jacket can be designed to be integrally connected to the housing at at least one axial end. The connection can be made in particular by welding. This can ensure that the fluid is sealed in the space between the cooling jacket and the housing. In addition, the cooling jacket can be connected to the housing precisely and with a high load capacity. In one embodiment, the cooling jacket is designed as a load-bearing element and in particular is dimensioned such that it can transmit bearing forces of the electrical machine to the housing or can stiffen the housing. A housing for an electrical machine has a cooling jacket described herein.

Ein Verfahren zum Montieren eines hierin beschriebenen Gehäuses mit einem Kühlmantel umfasst Schritte des axialen Einführens des Kühlmantels in eine zylinderförmige Ausnehmung des Gehäuses, sodass zwischen dem Kühlmantel und dem Gehäuse Kanäle für Fluid gebildet sind; und des stoffschlüssigen Verbindens des Kühlmantels mit dem Gehäuse an wenigstens einem axialen Ende des Kühlmantels.A method of assembling a housing described herein with a cooling jacket includes steps of axially inserting the cooling jacket into a cylindrical recess of the housing so that channels for fluid are formed between the cooling jacket and the housing; and the cohesive connection of the cooling jacket to the housing at at least one axial end of the cooling jacket.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

1 eine Antriebseinheit mit einer elektrischen Maschine, einem Kühlmantel und einem Gehäuse in einer Ausführungsform;
2 zwei Ansichten eines Kühlmantels;
3 eine Ansicht eines axialen Endes eines Kühlmantels in einer weiteren Ausführungsform; und
4 einen Längsschnitt durch eine Antriebseinheit noch in einer weiteren Ausführungsform

darstellt.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which:

1 a drive unit with an electrical machine, a cooling jacket and a housing in one embodiment;
2 two views of a cooling jacket;
3 a view of an axial end of a cooling jacket in a further embodiment; and
4 a longitudinal section through a drive unit in a further embodiment

represents.

1 zeigt eine Antriebseinheit 100 mit einer elektrischen Maschine 105, einem Kühlmantel 110 und einem Gehäuse 115 in einer Ausführungsform. Die Antriebseinheit 100 ist bevorzugt als Teil eines Antriebsstrangs einsetzbar, insbesondere an Bord eines Kraftfahrzeugs. Dabei kann die Antriebseinheit 100 insbesondere als Traktionsantrieb des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Das Gehäuse 115 kann zur Anbindung einer weiteren Komponente eines Antriebsstrangs ausgebildet sein, beispielsweise eines Getriebes oder eines weiteren Antriebsmotors. 1 shows a drive unit 100 with an electric machine 105 , a cooling jacket 110 and a case 115 in one embodiment. The drive unit 100 can preferably be used as part of a drive train, in particular on board a motor vehicle. The drive unit can 100 be designed in particular as a traction drive of the motor vehicle. The housing 115 can be designed to connect a further component of a drive train, for example a transmission or a further drive motor.

Die elektrische Maschine 105 hat im Wesentlichen zylindrische Form und weist eine Drehachse 120 auf. Der Kühlmantel 110 ist dazu eingerichtet, koaxial zwischen der elektrischen Maschine 105 und einer dafür vorgesehenen Ausnehmung 125 des Gehäuses 115 angeordnet zu werden.The electrical machine 105 has a substantially cylindrical shape and has an axis of rotation 120 on. The cooling jacket 110 is set up coaxially between the electrical machine 105 and a recess provided for it 125 of the housing 115 to be ordered.

Der Kühlmantel 110 umfasst einen Einlassbereich 130 und einen Auslassbereich 135 für Fluid 137, wobei eine Zu- oder Abfuhr von Fluid 137 bevorzugt in einer radialen Richtung erfolgt. Der Kühlmantel 110 umfasst einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper 140, von dem aus sich Stege 145 radial in Richtung des Gehäuses 115 erstrecken. Die Stege 145 sind bevorzugt einstückig mit dem Grundkörper 140 ausgeführt. Zwischen Stegen 145 ist jeweils ein Kanal 150 gebildet, der das Fluid 137 vom Einlassbereich 130 zum Auslassbereich 140 führt. Mehrere Kanäle 150 verlaufen in einem ersten Abschnitt 155 fächerförmig vom Einlassbereich 130, in einem anschließenden zweiten Abschnitt 160 axial zueinander versetzt in Umfangsrichtung und werden danach in einem dritten Abschnitt 165 zusammen und zum Auslassbereich 135 geführt. Die Abschnitte 155, 160 und 165 können an unterschiedlichen axialen Stellen des Kühlmantels 110 unterschiedliche Begrenzungen aufweisen. So können insbesondere die Abschnitte 160 und 165 einander in einer axialen Ansicht überlappen. Insbesondere im ersten Abschnitt 155 kann ein Kanal 150 mittels eines Leitstegs 170 in zwei nebeneinander liegende Teilkanäle 175 unterteilt werden.The cooling jacket 110 includes an inlet area 130 and an outlet area 135 for fluid 137 , with a supply or discharge of fluid 137 preferably takes place in a radial direction. The cooling jacket 110 comprises an essentially hollow cylindrical base body 140 , from which there are webs 145 radially towards the housing 115 extend. The bridges 145 are preferably in one piece with the base body 140 executed. Between bridges 145 is one channel at a time 150 formed of the fluid 137 from the inlet area 130 to the outlet area 140 leads. Multiple channels 150 run in a first section 155 fan-shaped from the inlet area 130 , in a subsequent second section 160 axially offset from each other in the circumferential direction and are then in a third section 165 together and to the outlet area 135 guided. The sections 155 . 160 and 165 can at different axial locations of the cooling jacket 110 have different limits. In particular, the sections 160 and 165 overlap each other in an axial view. Especially in the first section 155 can be a channel 150 by means of a walkway 170 in two adjacent sub-channels 175 be divided.

Die Kanäle 150 verlaufen bevorzugt in einem vorbestimmten Abstand um die Drehachse 120, wobei sie die Drehachse 120 zwischen dem Einlassbereich 130 und dem Auslassbereich 135 möglichst einmal umlaufen. In der dargestellten Ausführungsform wird ein vollständiger Umlauf nicht ganz erreicht, da der Einlassbereich 130 axial nicht genau mit dem Auslassbereich 135 fluchtet und der Umlaufsinn wie dargestellt gewählt ist. Es ist zu beachten, dass die Funktionen des Einlassbereichs 130 und des Auslassbereichs 135 auch vertauscht werden können, sodass das Fluid 137 in umgekehrter als der dargestellten Richtung fließt.The canals 150 preferably run at a predetermined distance around the axis of rotation 120 , being the axis of rotation 120 between the inlet area 130 and the outlet area 135 circulate as soon as possible. In the illustrated embodiment, complete circulation is not fully achieved because of the inlet area 130 axially not exactly with the outlet area 135 is aligned and the sense of rotation is selected as shown. It should be noted that the functions of the inlet area 130 and the outlet area 135 can also be interchanged so that the fluid 137 flows in the opposite direction to that shown.

Zur Montage des Kühlmantels 110 am Gehäuse 115 kann der Kühlmantel 110 in die Ausnehmung 125 eingeführt werden, sodass die sich in radialer Richtung erstreckenden Stege 145 bevorzugt möglichst fluiddicht an einer radialen Innenseite des Gehäuses 115 anliegen. Eine geringe Leckage zwischen einem Steg 145 und dem Gehäuse 115 ist häufig unvermeidlich und kann toleriert werden. Nach dem Einführen kann der Kühlmantel 110 am Gehäuse 115 befestigt werden. Dazu kann eine klassische O-Ring Abdichtung verwendet werden, bevorzugt ist jedoch eine stoffschlüssige Verbindung des Kühlmantels 110 an wenigstens einem axialen Ende des Gehäuses 110, insbesondere mittels Schweißen. Der Kühlmantel 110 und das Gehäuse 115 sind bevorzugt jeweils aus einem Leichtmetall herstellbar, beispielsweise auf der Basis von Aluminium oder Magnesium. Dabei können der Kühlmantel 110 und das Gehäuse 115 jeweils beispielsweise im Druckguss herstellbar sein. Zum Verbinden der beiden Elemente kommen unterschiedliche Schweißverfahren in Betracht. In einer ersten Variante wird ein Rühr-Reib-Schweißverfahren eingesetzt. In einer zweiten Variante werden die Elemente mittels eines Elektronenstrahl-Schweißverfahrens, insbesondere eines Mehrbad-Verfahrens zusammengefügt. In einer dritten Variante kann auch ein Laser-Schweißverfahren eingesetzt werden. Das verwendete Schweißverfahren wird bevorzugt in Abhängigkeit der verwendeten Materialien und einer Zugänglichkeit der Schweißnaht ausgewählt.For mounting the cooling jacket 110 on the housing 115 can the cooling jacket 110 into the recess 125 be introduced so that the webs extending in the radial direction 145 preferably as fluid-tight as possible on a radial inside of the housing 115 issue. A small leak between a web 145 and the housing 115 is often inevitable and can be tolerated. After insertion, the cooling jacket can 110 on the housing 115 be attached. A classic O-ring seal can be used for this, but a material connection of the cooling jacket is preferred 110 at least one axial end of the housing 110 , especially by welding. The cooling jacket 110 and the housing 115 are preferably each made of a light metal, for example based on aluminum or magnesium. You can use the cooling jacket 110 and the housing 115 each can be produced, for example, in die casting. Different welding methods can be used to connect the two elements. In a first variant, a friction stir welding process is used. In a second variant, the elements are joined using an electron beam welding process, in particular a multi-bath process. In a third variant, a laser welding process can also be used. The welding process used is preferably selected depending on the materials used and the accessibility of the weld seam.

2 zeigt zwei Ansichten eines Kühlmantels 110, die sich im Wesentlichen durch gewählte Drehungen des Kühlmantels 110 um die Drehachse 110 unterscheiden. Im Folgenden werden beide Ansichten gemeinsam beschrieben. 2 shows two views of a cooling jacket 110 , which is essentially due to selected rotations of the cooling jacket 110 about the axis of rotation 110 differ. Both views are described together below.

Die Abschnitte 155, 160 und 165 liegen im Wesentlichen auf einem Umfang um die Drehachse 120 nebeneinander; eine geringe Überlappung zwischen den Abschnitten 160 und 165 kann vernachlässigt werden. Im ersten Abschnitt 155 verlaufen die Kanäle 150 im Wesentlichen nur in Umfangsrichtung und liegen axial zueinander versetzt. Im zweiten Abschnitt 160 verlaufen die Kanäle 150 im Wesentlichen sternförmig auf den Eingangsbereich 130 zu. Vorliegend bilden die Kanäle 150 jedoch keinen vollständigen Stern, sondern nähern sich dem Einlassbereich 130 fächerförmig auf einem Winkel von ca. 180°, kleinere oder größere Winkel sind ebenfalls möglich. Bei einem Winkel von ca. 360° wird auch von einer sternförmigen Annäherung gesprochen.The sections 155 . 160 and 165 are essentially on a circumference around the axis of rotation 120 side by side; a little overlap between the sections 160 and 165 can be neglected. In the first part 155 run the channels 150 essentially only in the circumferential direction and are axially offset from one another. In the second section 160 run the channels 150 essentially star-shaped on the entrance area 130 to. In the present case, the channels form 150 however not a full star, but approach the inlet area 130 fan-shaped at an angle of approx. 180 °, smaller or larger angles are also possible. At an angle of approximately 360 ° one speaks of a star-shaped approach.

Nahe des Einlassbereichs 130 bilden benachbarte Stege 145, die jeweils einen Kanal 150 begrenzen, einen Spalt 205 mit vorbestimmter Breite. Der Spalt 205 bildet ein Strömungshindernis und beeinflusst die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 137. Auf einer Seite des Einlassbereichs 130, auf der keine Kanäle 150 angeschlossen sind, kann eine Abrisskante 210 zur Erhöhung des Strömungswiderstands des Fluids 137 in einen Kanal 150 vorgesehen sein, der sich nahe eines axialen Endes des Kühlmantels 110 erstreckt.Near the inlet area 130 form adjacent webs 145 each one channel 150 limit a crack 205 with a predetermined width. The gap 205 forms an obstacle to flow and influences the flow velocity of the fluid 137 , On one side of the inlet area 130 on which no channels 150 are connected, a tear-off edge 210 to increase the flow resistance of the fluid 137 into a channel 150 be provided, which is close to an axial end of the cooling jacket 110 extends.

Ein Leitsteg 170 in einem Kanal 150 kann an einem dem Einlassbereich 130 zugewandten Ende mit einem benachbarten Steg 145 einen weiteren Spalt 215 bilden. Bevorzugt werden zwei gleich breite Spalte 215 zwischen dem Leitsteg 175 und beiden den Kanal 150 begrenzenden Stegen 145 gebildet. Die Spalte 215 haben wie die Spalte 205 oder die Abrisskante 210 die Aufgabe, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 137 zwischen dem Einlassbereich 130 und dem Auslassbereich 135 zu beeinflussen. Der Leitsteg 170 kann sich bis in den ersten Abschnitt 155 hinein erstecken. Bevorzugt enden alle Leitstege 170 einseitig an der gleichen Stelle in Umfangsrichtung um die Drehachse 120. An ihren anderen, dem Einlassbereich 130 zugewandten Seiten können die Leitstege 170 im Wesentlichen gleich weit vom Einlassbereich 130 entfernt enden.A catwalk 170 in a channel 150 can at one of the inlet area 130 facing end with an adjacent web 145 another crack 215 form. Two columns of equal width are preferred 215 between the central walkway 175 and both the channel 150 delimiting webs 145 educated. The gap 215 have like the column 205 or the tear-off edge 210 the task, the flow rate of the fluid 137 between the inlet area 130 and the outlet area 135 to influence. The main walkway 170 can extend up to the first section 155 stick into it. All the guide bars preferably end 170 one-sided at the same point in the circumferential direction around the axis of rotation 120 , At her other, the entrance area 130 facing sides can be the guide bars 170 essentially the same distance from the inlet area 130 end away.

Der dritte Abschnitt 165 ist in der unteren Darstellung besonders gut zu erkennen. Hier werden die Kanäle 150 zusammen und zum Auslassbereich 135 geführt. Dazu enden die Stege 145, welche die Kanäle 150 axial begrenzen, bevorzugt wie gezeigt in Umfangsrichtung versetzt. Näherungsweise können die Enden der Stege 145 hier mit einer Geraden 220 verbunden werden, die einen spitzen Winkel mit der Drehachse 120 einschließt. In der dargestellten Ausführungsform liegt der Auslassbereich 135 nicht mittig sondern in Richtung eines der axialen Enden des Kühlmantels 110 versetzt. Im dritten Abschnitt 165 ist der Bereich, in welchem die Kanäle 150 zusammengeführt werden, an einer axialen Seite, die vom Auslassbereich 135 entfernt ist, bevorzugt mit einem vergrößerten Querschnitt ausgeführt. Dadurch kann axial weiter vom Auslassbereich 135 entfernt aus einem Kanal 150 austretendes Fluid 137 verbessert in seiner Fließgeschwindigkeit an Fluid 137 angepasst werden, das axial näher am Auslassbereich 135 aus einem Kanal 150 austritt. Der vergrößerte Querschnitt wird nicht empfohlen, wenn die Gerade 220 parallel zur Drehachse 120 liegt.The third section 165 can be seen particularly well in the lower illustration. Here are the channels 150 together and to the outlet area 135 guided. The webs end there 145 which the channels 150 limit axially, preferably offset as shown in the circumferential direction. Approximately the ends of the webs 145 here with a straight line 220 be connected at an acute angle to the axis of rotation 120 includes. In the embodiment shown, the outlet area is located 135 not in the middle but towards one of the axial ends of the cooling jacket 110 added. In the third section 165 is the area in which the channels 150 are brought together on one axial side, the from the outlet area 135 is removed, preferably carried out with an enlarged cross section. This allows axially further from the outlet area 135 removed from a channel 150 leaking fluid 137 improves in fluid flow rate 137 be adjusted, the axially closer to the outlet area 135 from a channel 150 exit. The enlarged cross section is not recommended if the straight line 220 parallel to the axis of rotation 120 lies.

3 zeigt eine Ansicht eines axialen Endes eines Kühlmantels 110 in einer weiteren Ausführungsform. Hier umfasst der Kühlmantel 110 einen radialen Abschluss 305, sodass der Grundkörper 140 topfförmig ausgebildet ist. Der radiale Abschluss 305 kann eine konzentrische Ausnehmung 310 aufweisen, insbesondere zum Durchtritt einer Welle der elektrischen Maschine 105. In diesem Bereich kann der Kühlmantel 110 verstärkt sein, um verbessert die elektrische Maschine 105 oder beispielsweise ein Wellenlager abzustützen. 3 shows a view of an axial end of a cooling jacket 110 in a further embodiment. Here the cooling jacket includes 110 a radial conclusion 305 so that the main body 140 is pot-shaped. The radial conclusion 305 can be a concentric recess 310 have, in particular for the passage of a shaft of the electrical machine 105 , In this area, the cooling jacket 110 be reinforced to improve the electrical machine 105 or to support a shaft bearing, for example.

Das Gehäuse 115 umfasst bevorzugt ebenfalls einen radialen Abschluss, sodass zwischen den radialen Abschlüssen ein Flächenspalt gebildet ist, der durch Stege 145 am radialen Abschluss 305 des Kühlmantels 110 in Kanäle 150 unterteilt sein kann. Im Bereich des radialen Abschlusses 305 verlaufen die Kanäle 150 bevorzugt konzentrisch und umlaufen die Drehachse 120 möglichst einmal. Enden der im Wesentlichen kreisförmigen stirnseitigen Kanäle 150 sind fluidisch mit dem Einlassbereich 130 und dem Auslassbereich 135 verbunden. Fluid 137 kann so vom Einlassbereich 130 zu einem stirnseitigen Kanal 150, durch diesen um die Drehachse 120 und zum Auslassbereich 135 fließen.The housing 115 preferably also comprises a radial termination, so that a surface gap is formed between the radial terminations, which is formed by webs 145 at the radial end 305 of the cooling jacket 110 in channels 150 can be divided. In the area of the radial termination 305 run the channels 150 preferably concentric and revolve around the axis of rotation 120 if possible once. Ends of the substantially circular end channels 150 are fluid with the inlet area 130 and the outlet area 135 connected. fluid 137 can so from the inlet area 130 to an end channel 150 , through this around the axis of rotation 120 and to the outlet area 135 flow.

4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Antriebseinheit 100 noch in einer weiteren Ausführungsform. Dabei ist der radiale Abschluss 305 von 3 realisiert. Die elektrische Maschine 105 ist ebenfalls geschnitten dargestellt, sodass ein radial au-ßen liegender Stator 405 zu erkennen ist, der ein Blechpaket umfassen kann, welches Nuten 410 trägt, in denen Leiter als Wicklung zur Erzeugung eines magnetischen Felds liegen können. In diesem Bereich kann durch den Stromfluss eine starke Erwärmung auftreten, der durch den beschriebenen Kühlmantel 110 verbessert entgegen gewirkt werden kann. 4 shows a longitudinal section through a drive unit 100 yet another embodiment. This is the radial conclusion 305 of 3 realized. The electrical machine 105 is also shown in section, so that a radially outer stator 405 It can be seen that can include a laminated core, which grooves 410 carries, in which conductors can lie as a winding for generating a magnetic field. In this area, a strong warming can occur due to the flow of current, due to the cooling jacket described 110 can be counteracted better.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Antriebseinheitdrive unit
105105: elektrische Maschineelectrical machine
110110: Kühlmantelcooling jacket
115115: Gehäusecasing
120120: Drehachseaxis of rotation
125125: Ausnehmungrecess
130130: Einlassbereichinlet area
135135: Auslassbereichoutlet
137137: Fluidfluid
140140: Grundkörperbody
145145: Stegweb
150150: Kanalchannel
155155: erster Abschnittfirst section
160160: zweiter Abschnittsecond part
165165: dritter Abschnittthird section
170170: Leitstegconducting land
175175: Teilkanal subchannel
205205: Spaltgap
210210: Abrisskantetear-off edge
215215: Spaltgap
220220: Gerade Just
305305: radialer Abschlussradial termination
310310: Ausnehmung recess
405405: Statorstator
410410: Nutgroove

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014204816 A1 [0003]

Claims

Cooling jacket (110) for a cylindrical electrical machine (105) with an axis of rotation (120), the machine (105) being set up to be received in a cylindrical recess (125) of a housing (115), the cooling jacket (110 ) is arranged to lie in an annular gap between the machine (105) and the housing (115); the cooling jacket (110) comprising: an inlet region (130) for a fluid (137); an outlet area (135) for a fluid (137); a plurality of webs (145) which are designed such that a channel (150) for guiding fluid (137) from the inlet region (130) to the outlet region (135) is formed between adjacent webs (145); wherein the channels (150) in a first section (155) extend axially offset in the circumferential direction around the axis of rotation (120) in the direction of the outlet region (135); and in a second section (160) run in a fan shape from the inlet area (130) to the first section (155).

Cooling jacket (110) after Claim 1 The channels (150) are delimited radially on the inside by the cooling jacket (110) and radially on the outside by the housing (115).

Cooling jacket (110) after Claim 1 or 2 , wherein a gap (205) is formed in each case in the second section (160) between ends of the webs (145) and the gaps (205) are dimensioned such that flow velocities in the channels (150) are essentially the same.

Cooling jacket (110) after Claim 3 , wherein in the second section (160) in a channel (150) a guide bar (145) is provided which divides the channel (150) into two sub-channels (215).

Cooling jacket (110) after Claim 4 , the guide web (145) in the inlet area (130) with the webs (145) which delimit the channel (150) forming two gaps (215) which are dimensioned such that flow velocities in the sub-channels (215) are essentially the same are.

Cooling jacket (110) according to one of the Claims 4 or 5 , wherein the guide web (145) extends on a predetermined part of the first section (155) in the circumferential direction.

Cooling jacket (110) according to one of the preceding claims, wherein the outlet region (135) is close to an axial end of the cooling jacket (110) and ends of adjacent webs (145) in the second section (160) are axially and circumferentially offset in the same direction.

Cooling jacket (110) after Claim 7 , wherein the channels (150) are brought together in a third section (165) between the second section (160) and the outlet area (135) and the third section (165) extends obliquely to the axis of rotation (120).

Cooling jacket (110) according to one of the preceding claims, further comprising a radial end (305) at an axial end, further webs (145) being formed on the radial end (305), between each of which an end-side cooling channel (150) is formed, which runs around the axis of rotation (120).

Cooling jacket (110) after Claim 9 , wherein the radial end (305) has a concentric recess, in particular (310) for the passage of a shaft of the electrical machine (105).

Cooling jacket (110) according to one of the preceding claims, wherein the cooling jacket (110) is set up to be integrally connected to the housing (115) at at least one axial end.

Housing (115) for an electrical machine (105), the housing (115) comprising a cooling jacket (110) according to one of the preceding claims.

Method of assembling a housing (115) according to Claim 12 The method comprises the following steps: axially inserting the cooling jacket (110) into a cylindrical recess of the housing (115), so that channels (150) for fluid (137) are formed between the cooling jacket (110) and the housing (115); and integrally connecting the cooling jacket (110) to the housing (115) at at least one axial end of the cooling jacket (110).