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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkörper für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine sowie ein System zum Kühlen einer elektrischen Maschine.
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Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben oder reinen Elektroantrieben ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Reine Elektrofahrzeuge können bisweilen ohne nennenswerte Emissionen betrieben werden.
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Insbesondere beim Einsatz von elektrischen Maschinen, die sehr hohe Drehzahlen erreichen können, beispielsweise im Bereich von 20.000 Umdrehungen pro Minute, sind die Bestandteile der elektrischen Maschinen enormen Belastungen und hohen Temperaturen ausgesetzt. Es ist daher bekannt, die einer elektrischen Maschine zugeführte Energie zu begrenzen, um eine zu hohe Erwärmung und damit einhergehende Beschädigung der elektrischen Maschine zu verhindern. Hierdurch kann die elektrische Maschine jedoch nicht ihr volles Potential ausschöpfen.
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Ferner ist es bekannt, die elektrische Maschine mittels an ihrem Gehäuse angeordneten Kühlrippen oder einer am Gehäuse angeordneten Wasserkühlung zu kühlen. Derartige Kühlungen sind nur wenig effizient, da die Kühlung mit einem großen Abstand zu der Wärmequelle stattfindet.
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Aus der
DE 10 2010 013 302 A1 ist ein Elektromotor mit einem Motorgehäuse bekannt, in welchem Lager zur Lagerung einer Rotorwelle vorgesehen sind. Im Motorgehäuse ist ein Statorblechpaket vorgesehen, an dem eine Statorwicklung angeordnet ist. Im Motorgehäuse ist ein mit der Rotorwelle drehfest verbundenes Rotorblechpaket vorgesehen. Am Rotorblechpaket sind Ausnehmungen vorgesehen, die von einer axialen Stirnseite des Rotorblechpakets zur anderen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets verlaufen. Nachteilig ist hierbei, dass die Ausnehmungen im Rotor vorgesehen sind, was eine Fertigung des Rotors technisch aufwendig macht. Ferner ist ein derartiger Rotor durch die vorhandenen Ausnehmungen weniger effizient und weist eine größere radiale Ausdehnung auf. Ein derartiger Elektromotor ist nur zur Verwendung mit einem gasförmigen Kühlfluid geeignet.
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Aus der
DE 602 25 725 T2 ist eine Magnetlagerspindel, die als eine Maschinenwerkzeugspindel verwendet wird, bekannt. Die Spindel dreht dabei mit Geschwindigkeiten bis zu 70.000 U/min. Ein Umfangsabschnitt eines Axialmagnetlagerrotors ist in einer dreieckigen Form ausgebildet, der eine Variationsrate eines Rohrwiderstands bzw. einer Rohrfestigkeit reduziert. Hierdurch soll verhindert werden, dass ein Wirbel erzeugt wird, sodass Kühlluft sanft durch den Spalt durchgehen kann, derart, dass die Kühlluft sich gleichmäßig teilen bzw. separieren und in eine Lastrichtung und eine Gegenlastrichtung strömen kann. Nachteilig ist dabei, dass die Magnetlagerspindel ausschließlich durch einen Luftstrom gekühlt wird. Eine oben beschriebene Kühlung ist für niedrigere Drehzahlen, die beispielsweise bei elektrischen Antriebsmaschinen für Kraftfahrzeuge Anwendung finden, nicht geeignet. Ferner kann eine derartige Spindel nicht oder nur mit hohem technischem Aufwand mittels eines flüssigen Kühlfluids gekühlt werden.
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Generell ist es wünschenswert, eine elektrische Maschine so effizient wie möglich zu kühlen, um eine Beschränkung der der elektrischen Maschine zugeführten Energie so gering wie möglich zu halten. Eine Beschränkung der zugeführten Energie geht mit einer Einbuße in der Effizienz der elektrischen Maschine einher. Besonders bei elektrischen Maschinen für Kraftfahrzeuge sind verschiedene Betriebsmodi vorgesehen. Beispielsweise kann die elektrische Maschine in einem Rekuperationsmodus betrieben werden. In diesem Modus führt eine geringe Effizienz der elektrischen Maschine zu einem Verlust in der Energierückgewinnung. Ein Teil der quasi frei verfügbaren Energie kann folglich nicht zurückgewonnen und verwendet werden. Es ist daher von besonderem Interesse, die Effizienz einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug, zu erhöhen.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine Möglichkeit zur Verbesserung der Kühlung einer elektrischen Maschine zu schaffen. Insbesondere soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die eine Kühlung mit einem geringen Abstand zur Wärmequelle ermöglicht.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die Erfindung einen Kühlkörper zum Kühlen einer elektrischen Maschine, mit:
- einem ersten Teilkühlkörper in Form eines Hohlzylinders, wobei eine innere Mantelfläche eine bezüglich einer Zentralachse des Hohlzylinders schraubenförmig verlaufende Nut aufweist;
- einem zweiten Teilkühlkörper in Form eines Hohlzylinders, der eine radial innenliegende Rippe aufweist; und
- einem dritten Teilkühlkörper in Form eines Hohlzylinders, der einen Verbindungsabschnitt aufweist, um eine Ausgangswelle der Maschine drehfest aufzunehmen, wobei
- der zweite Teilkühlkörper zumindest abschnittsweise in dem ersten Teilkühlkörper aufgenommen ist, sodass eine radial außenliegende Oberfläche des zweiten Teilkühlkörpers an der Nut anliegt, um die Nut fluiddicht abzudichten und einen schraubenförmigen Fluidkanal zu bilden;
- die Nut an ihren Enden jeweils eine Öffnung aufweist, um einen Austausch eines Kühlfluids im Fluidkanal zu ermöglichen;
- der zweite Teilkühlkörper dazu ausgebildet ist, mit der Rippe an einer radial außenliegenden Oberfläche des dritten Kühlkörpers angeordnet zu werden, um einen weiteren Fluidkanal zu bilden; und
- der erste Teilkühlkörper dazu ausgebildet ist, an einem Rotor der elektrischen Maschine angeordnet zu werden, sodass der Kühlkörper drehfest zwischen Rotor und Ausgangswelle angeordnet ist, um die elektrische Maschine und die Ausgangswelle der elektrischen Maschine zu kühlen.
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Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine, mit:
- einem Stator;
- einem Rotor; und
- einer Ausgangswelle mit einem wie zuvor beschriebenen Kühlkörper, wobei der Kühlkörper drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine und der Ausgangswelle verbunden ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zum Kühlen einer elektrischen Maschine, mit:
- einem Fluidsumpf zum Speichern eines Kühlfluids;
- einer elektrischen Maschine wie vorher beschrieben; und
- einer Fluidpumpe zum Fördern des Kühlfluids in einer Fluidflussrichtung vom Fluidsumpf zum Kühlkörper, um einen Kühlkreislauf zu bilden.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ferner versteht sich, dass die hier genannten Merkmale und Vorteile bei jeder elektrischen Maschine Anwendung finden können unabhängig von ihrem Einsatzzweck.
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Durch eine schraubenförmig verlaufende Nut, die mit einer radial außenliegenden Oberfläche des zweiten Teilkühlkörpers einen Fluidkanal bildet, kann Kühlfluid über eine lange Distanz durch die elektrische Maschine geführt werden. Die Kühlung der elektrischen Maschine mittels Kühlfluid ist effizient. Durch eine radial innenliegende Rippe in einem zweiten Teilkühlkörper, die mit einer radial außenliegenden Oberfläche des dritten Kühlkörpers einen weiteren Fluidkanal bildet, kann eine effiziente Kühlung der elektrischen Maschine erreicht werden. Wärme kann direkt aus dem Inneren der elektrischen Maschine abgeführt werden. Die Kühlung der elektrischen Maschine ist technisch einfach und effizient möglich. Durch das Anordnen des Kühlkörpers zwischen Rotor und Ausgangswelle der elektrischen Maschine kann eine derartige elektrische Maschine technisch einfach und mit wenigen Teilen aufgebaut werden. Durch die Verwendung eines Fluidkanals kann ein hoher Temperaturgradient zwischen Kühlkörper und Kühlfluid erreicht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Rippe schraubenförmig ausgebildet, um beim Betrieb der elektrischen Maschine einen Luftstrom durch den Kühlkörper hindurch zu erzeugen. Hierdurch kann technisch einfach ein Luftstrom erzeugt werden. Es sind keine weiteren Bauteile nötig, um eine Lüftung der elektrischen Maschine im Inneren der elektrischen Maschine zu erreichen. Es kann ein ausfallsicheres System geschaffen werden, um bei einem Ausfall einer Fluidversorgung der Nut eine Restkühlung mittels eines Luftstroms aufrechtzuerhalten.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen der zweite und dritte Teilkühlkörper an ihren axialen Endabschnitten jeweils eine Bohrung auf. Eine Bohrung des zweiten Teilkühlkörpers ist mit einer Bohrung des dritten Teilkühlkörpers verbunden und bildet einen Kanal, der zu der Nut führt, um der Nut Kühlfluid zuzuführen und abzuführen. Auf diese Weise kann technisch einfach ein Zufluss für ein Kühlfluid zur Nut erreicht werden. Der Kühlkörper baut radial kompakt. Vorzugsweise kann auf ein zusätzliches Abdichten des Zuflusses zur Nut verzichtet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkörper aus Metall gebildet. Ergänzend oder alternativ ist der Kühlkörper schmiedend bearbeitet. Ergänzend oder alternativ weist der erste Teilkühlkörper eine weitere bezüglich der Zentralachse des Hohlzylinders schraubenförmig verlaufende Nut auf. Weiter ergänzend oder alternativ weist der zweite Teilkühlkörper eine weitere Rippe auf. Hierdurch ist die Fertigung des Kühlkörpers technisch einfach und kostengünstig möglich. Durch eine weitere Nut verweilt das Kühlfluid kürzer innerhalb der elektrischen Maschine. Ein Temperaturgradient zwischen elektrischer Maschine und Kühlfluid ist folglich höher, sodass die Kühlleistung verbessert wird. Durch eine weitere Rippe kann der Luftstrom durch den Kühlkörper verbessert werden. Ferner ist der Kühlkörper stabiler und kann ein von der elektrischen Maschine erzeugtes Drehmoment besser übertragen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der dritte Teilkühlkörper an dem Verbindungsabschnitt eine Mitnahmeverzahnung auf, um mit der Ausgangswelle der elektrischen Maschine drehfest verbunden zu werden. Hierdurch kann kosteneffizient eine drehfeste Verbindung zwischen Kühlkörper und Ausgangswelle geschaffen werden. Ferner ist die Fertigung einer elektrischen Maschine mit einem Kühlkörper vereinfacht, da die Ausgangswelle einfach in den Kühlkörper gesteckt beziehungsweise gepresst werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Teilkühlkörper mittels eines Pressverbands, Reibschweißens und/oder Klebens miteinander verbunden. Hierdurch kann kosteneffizient eine drehfeste Verbindung zwischen den Teilkühlkörpern geschaffen werden. Ferner kann technisch einfach gewährleistet sein, dass die durch das Zusammenfügen der Teilkühlkörper entstehenden Fluidkanäle fluiddicht sind. Die Kühlkörper können an Ihren Enden auch mit einem O-Ring abgedichtet sein. Vorzugsweise kann aber auf eine zusätzliche Abdichtung des Kühlkörpers verzichtet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der dritte Teilkühlkörper einen Innendurchmesser auf, der größer ist als ein Außendurchmesser der Ausgangswelle der elektrischen Maschine. Die Ausgangswelle der elektrischen Maschine bildet mit dem dritten Teilkühlkörper einen Spalt, der als Abfluss für das Kühlfluid dient. Hierdurch kann die Montage beziehungsweise das Anordnen des Kühlkörpers an der Ausgangswelle vereinfacht sein. Ferner ist die Fertigung des Kühlkörpers schnell und kosteneffizient möglich, da eine genaue Passung des Kühlkörpers bezüglich der Ausgangswelle entfällt. Durch das Bilden eines Spaltes kann technisch einfach ein Abfluss für das Kühlfluid geschaffen werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung mündet der Spalt in einer Zuleitung zu einem Fluidsumpf. Durch das Leiten des Kühlfluids in eine Zuleitung zu einem Fluidsumpf kann ein Kühlkreislauf geschaffen werden. Ferner kann sich erwärmtes und bewegtes Kühlfluid in einem Fluidsumpf setzen. Eventuell entstandene Blasen im Kühlfluid können aufgrund ihrer geringen Dichte nach oben wandern. Bei einem erneuten Ansaugen des Kühlfluids aus dem Fluidsumpf mittels einer Fluidpumpe und einem erneuten Kühlen sind weniger Panschverluste und eine hohe Kühlleistung möglich.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Schraubenform der Nut in einer Hauptdrehrichtung der elektrischen Maschine orientiert, um eine Sogwirkung auf das Kühlfluid in Richtung des Spaltes auszuüben. Hierdurch kann eine Fließgeschwindigkeit des Kühlfluids in der Nut beschleunigt werden. Die Kühlung wird effizienter. Es ist auch denkbar, eine kleinere Fluidpumpe vorzusehen, da eine geringere Pumpleistung bereits ausreichend ist, um einen Kühlkreislauf zu schaffen. Eine optimale Fluidgeschwindigkeit kann in CFD (Computational Fluid Dynamics) rechnerisch ermittelt werden, wobei auch langsamere Geschwindigkeiten von Vorteil sein können, da das Fluid dann mehr Zeit hat die Wärme aufzunehmen und der Druckverlust minimiert wird. Als Hauptdrehrichtung der elektrischen Maschine ist die Drehrichtung anzusehen, in der die elektrische Maschine überwiegend dreht. Beispielsweise die Drehrichtung, die eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs erzeugt. Die Orientierung der Schraubenform ist dabei so, dass die schraubenförmige Nut nach der Art einer archimedischen Schraube auf das Kühlfluid wirkt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die elektrische Maschine ein Geberrad auf, wobei das Geberrad dazu ausgebildet ist, mit der Ausgangswelle zu drehen, und eine Bohrung umfasst, um Kühlfluid durch das Geberrad hindurch dem Kühlkörper zuzuführen. Auf diese Weise ist eine Überwachung der Drehzahl der elektrischen Maschine technisch einfach und zuverlässig möglich, wobei eine Zufuhr von Kühlfluid zum Kühlkörper der elektrischen Maschine gewährleistet ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkörper mittels eines Pressverbands mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden. Auf diese Weise kann kosteneffizient und technisch einfach eine drehfeste Verbindung des Kühlkörpers mit dem Rotor der elektrischen Maschine geschaffen werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Maschine dazu ausgebildet, an der Ausgangswelle mit einem Getriebe wirkverbunden zu werden, und weist einen vordefinierten Kühlkörper mit einem Spalt auf, wobei der Spalt dazu ausgebildet ist, Kühlfluid dem Getriebe zuzuführen, um das Getriebe zu schmieren und/oder zu kühlen. Auf diese Weise kann technisch einfach das wirkverbundene Getriebe gekühlt und geschmiert werden. Vorzugsweise kann auf eine zusätzliche Schmierung und Kühlung des Getriebes verzichtet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System zum Kühlen der elektrischen Maschine einen Wärmetauscher auf, um dem Kühlfluid Wärme zu entziehen. Der Wärmetauscher ist dabei vorzugsweise in Fluidflussrichtung zwischen Fluidsumpf und Fluidpumpe angeordnet. Auf diese Weise kann die Kühlung der elektrischen Maschine weiter verbessert werden. Dem Kühlfluid kann zusätzlich Wärme entzogen werden.
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Kühlfluid gibt es in vielen verschiedenen Zusammensetzungen, je nach Einsatzort und -gebiet. So kann beispielsweise ein Mineralöl und/oder synthetisches Öl mit oder ohne Additive verwendet werden. Es ist auch denkbar Wasser, insbesondere deionisiertes Wasser, mit oder ohne Additive zu verwenden. Auch Alkohole oder Ether können mit oder ohne Additive als Kühlfluid Verwendung finden. Prinzipiell kann jedes Gas oder jede Flüssigkeit, abhängig vom Einsatzzweck, als Kühlfluid Anwendung finden. Vorliegend ist ein über die komplette Temperaturspanne flüssiger bzw. fließfähiger Stoff als Kühlfluid anwendbar.
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Rekuperation ist eine Rückgewinnung von Energie bei einem Bremsvorgang. Eine Rekuperationsbremse, auch Nutzbremse genannt, arbeitet wie jede elektrodynamische Bremse verschleißfrei. Die Bremswirkung kommt zustande, indem die Fahrmotoren als elektrische Generatoren betrieben werden. Die elektrische Energie kann im Fahrzeug beispielsweise in einem Akkumulator oder Hochleistungskondensator vorgehalten werden.
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Ein Geberrad ist eine Vorrichtung, um ein Signal zu erzeugen, das mit der Winkel- oder Drehposition des Geberrads korreliert. Beispielsweise kann anhand von periodischen Lücken in einem Zahnkranz oder mittels eines Induktionsgebers aufgrund der Magnetfeldänderungen ein Winkel- oder Drehzahlsignal erzeugt werden. Eine gleichmäßige Zahnstruktur entspricht einem sinusförmigen Spannungsverlauf. Des Weiteren kann einem Steuergerät eine bestimmte Zahnradposition übermittelt werden, indem in bestimmten Abständen unterschiedlich große Lücken verwendet werden, wodurch es zu einer Veränderung des Spannungsverlaufes kommt. Es ist auch eine optische Ermittlung der Winkelposition oder Drehzahl denkbar, beispielsweise durch Zähne eines Zahnrads, die eine Lichtschranke durchfahren.
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Planschverluste sind Wirkungsgradverluste, die entstehen, wenn mechanische Teile, die sich drehen z.B. Wellen, Zahnräder, etc. zumindest teilweise in einem Fluid laufen und dies zu einem Widerstand für dieses mechanische Teil und damit für das komplette Aggregat führt. Dies führt zu Beeinträchtigungen in den Kühleigenschaften eines Kühlfluids, die aufgrund von Verunreinigungen, vorzugsweise durch Luftbläschen entstehen. Die Verunreinigungen haben zumeist schlechtere thermische Eigenschaften als das Kühlfluid, sodass ein verunreinigtes Kühlfluid weniger Wärme aufnehmen kann. Ferner kann sich im Falle einer Verunreinigung des Kühlfluids durch Lufteinschluss die Viskosität des Kühlfluids ändern, sodass eine Fluidpumpe weniger effizient arbeitet.
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Unter einer inneren Mantelfläche wird insbesondere die nach radial innen gerichtete bzw. die radial innenliegende Oberfläche des Hohlzylinders verstanden. Eine Nut ist insbesondere eine längliche Vertiefung. Eine Rippe ist insbesondere eine längliche Erhöhung. Schraubenförmig bedeutet hierin insbesondere in der Art eines Gewindes, vorzugsweise eines Gewindes mit konstanter Gewindesteigung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Detaildarstellung der elektrischen Maschine mit einem Kühlkörper;
- 4 eine perspektivische technische Schnittzeichnung eines ersten und zweiten Teilkühlkörpers; und
- 5 eine technische Schnittzeichnung der elektrischen Maschine mit einem Kühlkörper.
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In 1 ist schematisch eine elektrische Maschine 10 gezeigt. Die elektrische Maschine 10 weist eine Ausgangswelle 12 auf, die mit einem Rotor 14 der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist. Ein Stator 16 der elektrischen Maschine 10 ist mit einem Gehäuse 18 drehfest verbunden. Es versteht sich, dass der Stator 16 auch mit einem anderen Bauteil, das eine Drehbewegung des Stators 16 relativ zum Rotor 14 verhindert, wirkverbunden sein kann. Die Darstellung ist beispielhaft zu verstehen, die Komponenten sind nicht maßstabsgetreu. Ferner wurde auf eine Darstellung weiterer Details verzichtet.
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Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine 10 drehen sich der Rotor 14 und die Ausgangswelle 12 mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit. Der Stator 16 ist mit dem Gehäuse 18 derart verbunden, dass er im Wesentlichen keine Bewegung, insbesondere keine Drehbewegung ausführt. Die elektrische Maschine 10 kann insbesondere eine Gleichstrom-, Wechselstrom-, Dreiphasenwechselstrommaschine sein. Generell kann die Erfindung mit jeder elektrischen Maschine verwendet werden, die eine Ausgangswelle aufweist.
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In 2 ist schematisch ein System 20 zum Kühlen der elektrischen Maschine 10 gezeigt. Das System 20 umfasst einen Fluidsumpf 22, eine Fluidpumpe 24 und Leitungen 26.
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Die Fluidpumpe 24 fördert Kühlfluid 28 aus dem Fluidsumpf 22 in die Ausgangswelle 12 der elektrischen Maschine 10. Das Kühlfluid 28 nimmt Wärme von der elektrischen Maschine 10 auf. Durch weiteres Fördern von Kühlfluid 28 wird das Kühlfluid 28 aus der Ausgangswelle 12 der elektrischen Maschine 10 gedrängt und fließt wieder zurück in den Fluidsumpf 22.
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Die Fluidpumpe 24 kann dabei jede Art von Pumpe sein, die zur Förderung von Kühlfluid geeignet ist. Es versteht sich, dass in dem System 20 ein oder mehrere Wärmetauscher vorgesehen sein können, um das Kühlfluid 28 verbessert zu kühlen. Zudem kann ein Fluidfilter vorgesehen sein, um Schwebstoffe aus dem Kühlfluid 28 zu filtern. Es können zudem ein oder mehrere Temperatursensoren vorgesehen sein, um die Temperatur der elektrischen Maschine 10 und/oder des Kühlfluids 28 zu erfassen. Es ist denkbar, die Fluidpumpe 24 in Abhängigkeit von der Temperatur der elektrischen Maschine 10 und/oder des Kühlfluids 28 zu regeln. Die Darstellung ist als funktionsfähiges Minimalschema zu verstehen. Es ist ferner auch denkbar, dass die Fluidpumpe 24 einen weiteren Kühlkreis bedient.
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3 zeigt eine schematische Detaildarstellung der elektrischen Maschine 10 mit einem Kühlkörper 30. Der Kühlkörper 30 weist einen ersten Teilkühlkörper 32 mit einer schraubenförmig verlaufenden Nut 34 auf. Der erste Teilkühlkörper 32 ist in einem zweiten Teilkühlkörper 36 aufgenommen, derart dass eine radial außenliegende Oberfläche (Mantelfläche) des zweiten Teilkühlkörpers die Nuten 34 des ersten Teilkühlkörpers 32 fluiddicht verschließt. Der zweite Teilkühlkörper 36 weist in dem gezeigten Beispiel ebenfalls schraubenförmig verlaufende Rippen 38 auf und ist in einem dritten Teilkühlkörper 40 aufgenommen, derart dass die Rippen 38 an einer radial außenliegenden Oberfläche des dritten Teilkühlkörpers 40 fluiddicht anliegen.
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Der Kühlkörper 30 weist ferner ein Geberrad 42 auf, das drehfest mit dem Kühlkörper 30 verbunden ist und eine Bohrung oder Aussparung umfasst, durch die Kühlfluid 28 dem Kühlkörper 30 zugeführt werden kann. Das Kühlfluid 28 fließt dabei durch eine Bohrung im dritten Teilkühlkörper 40 und eine Bohrung durch eine Rippe 38 des zweiten Teilkühlkörpers 36 in die Nut 34 des ersten Teilkühlkörpers 32.
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An der dem Geberrad gegenüberliegenden axialen Seite des Kühlkörpers 30 bildet der dritte Teilkühlkörper 40 mit der Ausgangswelle 12 einen Spalt 44, der als Abfluss für das Kühlfluid 28 dient. Das Kühlfluid fließt dabei ebenfalls durch eine Bohrung in einer Rippe 38 des zweiten Teilkühlkörpers 36 und eine Bohrung im dritten Teilkühlkörper 40 in einen Zwischenraum zwischen Kühlkörper 30 und Ausgangswelle 12. In der gezeigten Figur ist der Weg des Kühlfluids zumindest abschnittsweise durch gestrichelte Linien angedeutet.
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In 4 ist eine perspektivische Zeichnung als Schnitt durch den ersten Teilkühlkörper 32 und den zweiten Teilkühlkörper 36 gezeigt. In dieser Darstellung sind Bohrungen 46 in einer Rippe 38 des zweiten Teilkühlkörpers 36 zu erkennen. Durch diese Bohrungen 46 wird Kühlfluid in die Nut 34 des ersten Teilkühlkörpers 32 eingebracht. Das Kühlfluid umspült den zweiten Teilkühlkörper 36.
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5 zeigt eine technische Zeichnung der elektrischen Maschine 10 mit dem Kühlkörper 30. Beim Betrieb der elektrischen Maschine 10 wird Kühlfluid 28, vorzugsweise Öl, von der Fluidpumpe 24 aus dem Fluidsumpf 22 angesaugt. Die Fluidpumpe 24 fördert das Kühlfluid 28 durch Leitungen 26 und Hydraulikverschraubungen wieder in den Kühlkörper 30. Zwischen dem Geberrad 42, das sich mit dem Rotor 14 und dem Kühlkörper 30 der elektrischen Maschine 10 dreht, und einem Lagerdeckel 48 befindet sich eine Abdichtung, beispielsweise eine Radialwellendichtung oder eine Kombination aus Dichtring und Prallblech.
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Das Kühlfluid 28 fließt durch eine Bohrung im Lagerdeckel 48 in das Innere des Geberrads 42. Von dort wird es über mehrere Bohrungen im Geberrad 42 in einen Zwischenraum zwischen dem Kühlkörper 30 und der Ausgangswelle 12 gebracht. Von dort wird das Kühlfluid 28 über eine Bohrung durch den dritten und zweiten Teilkühlkörper 36, 40 gefördert und gelangt von dort durch eine weitere Bohrung im zweiten Teilkühlkörper 36 in die Nut 34. Von dort fließt das Kühlfluid 28 durch die schraubenförmige Nut 34. Es findet ein effizienter Wärmeübergang von der elektrischen Maschine 10 in das Kühlfluid 28 statt, da die Kontaktlänge zwischen der Nut 34 und der elektrischen Maschine 10 durch die Schraubenform sehr lang ist. An einem Ende des ersten Teilkühlkörpers 32 fließt das Kühlfluid 28 wieder durch eine Bohrung in dem zweiten und dritten Teilkühlkörper 36, 40 in einen Zwischenraum zwischen Kühlkörper 30 und Ausgangswelle 12 und von dort schließlich über den Abfluss zurück in den Fluidsumpf 22.
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Die Rippen des zweiten Teilkühlkörpers 36 fungieren als eine Art Luftspirale, die mit dem Rotor 14 der elektrischen Maschine 10 rotiert und entsprechend der Rotorwellendrehzahl Luft durch den Kühlkörper 30 fördert, die Wärme von der elektrischen Maschine 10 aufnimmt. Die heiße Luft gibt weiterhin Wärme an Gehäuseteile, beispielsweise den Deckel eines Motorgehäuses für die elektrische Maschine 10, ab. Das Motorgehäuse ist dabei vorzugsweise mit weiteren Kühlrippen oder Ähnlichem versehen, um eine große Oberfläche zu schaffen und die von der Luft an das Motorgehäuse abgegebene Wärme schneller an eine Umgebung abgeben zu können.
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Es versteht sich, dass am Abfluss vorgesehen sein könnte, ein mit der Ausgangswelle 12 der elektrischen Maschine 10 wirkverbundenes Getriebe 50 nicht mehr planschen zu lassen, sondern den Abfluss für eine Verzahnungsschmierung zu nutzen. Derartige Schmierungstechniken sind unter anderem als Spritzölschmierung oder Druckölschmierung bekannt. Vorzugsweise wird hierbei der Fluidsumpf derart abgesenkt, dass keine oder verminderte Panschverluste erreicht werden.
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Der Kühlkörper 30 weist einen Verbindungsabschnitt 52 mit einer Mitnahmeverzahnung auf, um eine drehfeste Verbindung mit der Ausgangswelle 12 zu ermöglichen. Der Verbindungsabschnitt 52 ist an einem radial innenliegenden Abschnitt des Kühlkörpers ausgebildet.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Maschine
- 12
- Ausgangswelle
- 14
- Rotor
- 16
- Stator
- 18
- Gehäuse
- 20
- System
- 22
- Fluidsumpf
- 24
- Fluidpumpe
- 26
- Leitung
- 28
- Kühlfluid
- 30
- Kühlkörper
- 32
- erster Teilkühlkörper
- 34
- Nut
- 36
- zweiter Teilkühlkörper
- 38
- Rippe
- 40
- dritter Teilkühlkörper
- 42
- Geberrad
- 44
- Spalt
- 46
- Bohrung
- 48
- Lagerdeckel
- 50
- Getriebe
- 52
- Verbindungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010013302 A1 [0005]
- DE 60225725 T2 [0006]
