DE102019208304A1 - Heat sink for an electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkörper (30) zum Kühlen einer elektrischen Maschine (10), mit: einer hohlzylindrischen Grundform; einer ersten axial verlaufenden und sich radial erstreckenden Kühlrippe (34), um einen Wärmeaustausch zu ermöglichen; einem Fluidkanal (32), um einen Wärmeaustausch mit einem Kühlfluid (28) zu ermöglichen, wobei der Fluidkanal an seinen Enden jeweils eine Öffnung aufweist, um einen Fluidaustausch des Fluidkanals zu ermöglichen; einer zylindrischen Aussparung, deren Durchmesser abschnittsweise größer ist als ein Durchmesser einer Ausgangswelle (12) der elektrischen Maschine, um die Ausgangswelle teilweise in dem Kühlkörper aufzunehmen; und einem Verbindungsabschnitt (36), um die Ausgangswelle der elektrischen Maschine drehfest mit dem Kühlkörper zu verbinden, wobei die Kühlrippe dazu ausgebildet ist, drehfest an einem Rotor (14) der elektrischen Maschine angeordnet zu werden, sodass der Kühlkörper zwischen Rotor und Ausgangswelle der elektrischen Maschine angeordnet ist, um die elektrische Maschine und die Ausgangswelle der elektrischen Maschine zu kühlen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine (10) mit einem solchen Kühlkörper sowie ein System (20) zum Kühlen einer solchen elektrischen Maschine.The present invention relates to a heat sink (30) for cooling an electrical machine (10), having: a hollow cylindrical basic shape; a first axially extending and radially extending cooling fin (34) to allow heat exchange; a fluid channel (32) to enable a heat exchange with a cooling fluid (28), the fluid channel having an opening at each of its ends in order to enable a fluid exchange of the fluid channel; a cylindrical recess, the diameter of which is in sections larger than a diameter of an output shaft (12) of the electrical machine, in order to partially accommodate the output shaft in the heat sink; and a connecting section (36) to connect the output shaft of the electrical machine to the heat sink in a rotationally fixed manner, the cooling rib being designed to be arranged non-rotatably on a rotor (14) of the electric machine so that the heat sink between the rotor and the output shaft of the electric Machine is arranged to cool the electrical machine and the output shaft of the electrical machine. The present invention also relates to an electrical machine (10) with such a heat sink and a system (20) for cooling such an electrical machine.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlkörper für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine sowie ein System zum Kühlen einer elektrischen Maschine.The present invention relates to a heat sink for an electrical machine, an electrical machine and a system for cooling an electrical machine.
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.Vehicles are increasingly being equipped with hybrid drives or pure electric drives. Hybrid drives can help reduce fuel consumption and pollutant emissions. Drivetrains with an internal combustion engine and one or more electric motors as parallel hybrids or mixed hybrids have largely become established. Since the drive torques of the electric drive and the internal combustion engine can add up depending on the control, a comparatively smaller design of the internal combustion engine and / or its temporary shutdown is possible. This enables a significant reduction in CO2 emissions to be achieved without any significant loss of performance or comfort. Pure electric vehicles can sometimes be operated with no significant emissions.
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.In particular when using electrical machines that can reach very high speeds, for example in the range of 20,000 revolutions per minute, the components of the electrical machines are exposed to enormous loads and high temperatures. It is therefore known to limit the energy supplied to an electrical machine in order to prevent excessive heating and associated damage to the electrical machine. However, this means that the electrical machine cannot utilize its full potential.
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.It is also known to cool the electrical machine by means of cooling fins arranged on its housing or a water cooling system arranged on the housing. Such cooling is not very efficient because the cooling takes place at a great distance from the heat source.
Aus der
Aus der
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.In general, it is desirable to cool an electrical machine as efficiently as possible in order to keep a restriction on the energy supplied to the electrical machine as low as possible. Limiting the energy supplied is associated with a loss in the efficiency of the electrical machine. Various operating modes are provided, particularly in the case of electrical machines for motor vehicles. For example, the electrical machine can be operated in a recuperation mode. In this mode, a low efficiency of the electrical machine leads to a loss in energy recovery. As a result, part of the almost freely available energy cannot be recovered and used. It is therefore of particular interest to increase the efficiency of an electrical machine, in particular an electrical machine for a motor vehicle.
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.Against this background, the object of the present invention is to create a way of improving the cooling of an electrical machine. In particular, a device is to be created which enables cooling with a small distance from the heat source.
Zum Lösen der Aufgabe betrifft die Erfindung einen Kühlkörper zum Kühlen einer elektrischen Maschine, mit:
- einer hohlzylindrischen Grundform;
- einer ersten axial verlaufenden und sich radial erstreckenden Kühlrippe, um einen Wärmeaustausch zu ermöglichen;
- einem Fluidkanal, um einen Wärmeaustausch mit einem Kühlfluid zu ermöglichen, wobei der Fluidkanal an seinen Enden jeweils eine Öffnung aufweist, um einen Fluidaustausch des Fluidkanals zu ermöglichen;
- einer zylindrischen Aussparung, deren Durchmesser abschnittsweise größer ist als ein Durchmesser einer Ausgangswelle der elektrischen Maschine, um die Ausgangswelle teilweise in dem Kühlkörper aufzunehmen; und
- einem Verbindungsabschnitt, um die Ausgangswelle der elektrischen Maschine drehfest mit dem Kühlkörper zu verbinden, wobei
- die Kühlrippe dazu ausgebildet ist, drehfest an einem Rotor der elektrischen Maschine angeordnet zu werden, sodass der Kühlkörper zwischen Rotor und Ausgangswelle der elektrischen Maschine angeordnet ist, um die elektrische Maschine und die Ausgangswelle der elektrischen Maschine zu kühlen.
- a hollow cylindrical basic shape;
- a first axially extending and radially extending cooling fin to enable heat exchange;
- a fluid channel to enable a heat exchange with a cooling fluid, the fluid channel having an opening at each of its ends in order to enable a fluid exchange of the fluid channel;
- a cylindrical recess, the diameter of which is in sections larger than a diameter of an output shaft of the electrical machine, in order to partially accommodate the output shaft in the heat sink; and
- a connecting section to connect the output shaft of the electrical machine to the heat sink in a rotationally fixed manner, wherein
- the cooling rib is designed to be arranged non-rotatably on a rotor of the electrical machine, so that the heat sink is arranged between the rotor and output shaft of the electrical machine in order to cool the electrical machine and the output shaft of the electrical machine.
Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine, mit:
- einem Stator;
- einem Rotor; und
- einer Ausgangswelle mit einem Kühlkörper wie zuvor beschrieben, wobei der Kühlkörper drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine und der Ausgangswelle verbunden ist.
- a stator;
- a rotor; and
- an output shaft with a heat sink as described above, the heat sink being connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the electrical machine and the output shaft.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zum Kühlen einer elektrischen Maschine, mit:
- einem Fluidsumpf zum Speichern eines Kühlfluids;
- einer elektrischen Maschine wie zuvor beschrieben; und
- einer Fluidpumpe zum Fördern des Kühlfluids vom Fluidsumpf zu einem Kühlkörper der elektrischen Maschine, um einen Kühlkreislauf zu bilden.
- a fluid sump for storing a cooling fluid;
- an electrical machine as previously described; and
- a fluid pump for conveying the cooling fluid from the fluid sump to a heat sink of the electrical machine in order to form a cooling circuit.
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.Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention. It is also understood that the features and advantages mentioned here can be used in any electrical machine, regardless of its intended use.
Durch einen Fluidkanal kann Kühlfluid mit einer hohen Fließgeschwindigkeit durch die elektrische Maschine geführt werden. Ein Temperaturgradient zwischen Kühlfluid und elektrischer Maschine ist hoch. Die Kühlung der elektrischen Maschine mittels Kühlfluid ist effizient. Durch eine Kühlrippe kann mit dem Rotor der elektrischen Maschine ein weiterer Fluidkanal gebildet werden. Die Kühlung der elektrischen Maschine wird weiter verbessert. 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. Es ist eine Kühlung mit Luft und mit Kühlfluid möglich.Cooling fluid can be conducted through the electrical machine at a high flow rate through a fluid channel. A temperature gradient between the cooling fluid and the electrical machine is high. The cooling of the electrical machine by means of cooling fluid is efficient. A further fluid channel can be formed with the rotor of the electrical machine by a cooling rib. The cooling of the electrical machine is further improved. Heat can be dissipated directly from inside the electrical machine. The cooling of the electrical machine is technically simple and efficient. By arranging the heat sink between the rotor and the output shaft of the electrical machine, such an electrical machine can be constructed in a technically simple manner and with few parts. Cooling with air and with cooling fluid is possible.
In einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft der Fluidkanal in axialer Richtung abschnittsweise parallel zu der Ausgangswelle der elektrischen Maschine. Hierdurch kann Kühlfluid nahe an den Rotor der elektrischen Maschine gebracht werden. Die Kühlung ist effizient. Ferner wird eine hohe Fließgeschwindigkeit des Kühlfluids erreicht, sodass ein höherer Durchsatz an frischem bzw. kaltem Kühlfluid erreicht wird. Die optimale Fluidgeschwindigkeit kann in CFD (Computational Fluid Dynamics) berechnet werden, wobei teilweise eine langsamere Geschwindigkeit besser ist, da das Fluid mehr Zeit hat die Wärme aufzunehmen und der Druckverlust minimiert wird.In a preferred embodiment, the fluid channel runs in the axial direction in sections parallel to the output shaft of the electrical machine. In this way, cooling fluid can be brought close to the rotor of the electrical machine. The cooling is efficient. Furthermore, a high flow rate of the cooling fluid is achieved, so that a higher throughput of fresh or cold cooling fluid is achieved. The optimal fluid velocity can be calculated in CFD (Computational Fluid Dynamics), whereby a slower velocity is sometimes better, since the fluid has more time to absorb the heat and the pressure loss is minimized.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkörper aus Metall gebildet. Vorzugsweise ist die Kühlrippe geschmiedet. Auf diese Weise ist die Fertigung des Kühlkörpers technisch einfach und kostengünstig möglich. Es wird ein guter Wärmeleitkoeffizient erreicht.In an advantageous embodiment, the heat sink is made of metal. The cooling fin is preferably forged. In this way, the production of the heat sink is technically simple and inexpensive. A good coefficient of thermal conductivity is achieved.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Kühlrippe durch zwei in axialer Richtung parallel verlaufende Nuten gebildet. Die Nuten verlaufen zu einer die Mittelachse des Kühlkörpers enthaltenden Ebene parallel. Durch eine derartige Ausbildung der Kühlrippen können die Kühlrippen technisch einfach gefertigt werden, da ein beispielsweise spanend oder schmiedend bearbeitendes Werkzeug bei der Fertigung des Kühlkörpers nicht gedreht werden muss. Ferner muss der Kühlkörper nicht gedreht werden, sodass eine schnelle Bearbeitung des Kühlkörpers möglich ist.In an advantageous embodiment, the first cooling rib is formed by two grooves running parallel in the axial direction. The grooves run parallel to a plane containing the central axis of the heat sink. By designing the cooling fins in this way, the cooling fins can be manufactured in a technically simple manner, since a tool which, for example, machining or forging does not have to be turned during the production of the cooling body. Furthermore, the heat sink does not have to be rotated, so that rapid machining of the heat sink is possible.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kühlkörper an einem axialen Ende in seinem radial innenliegenden Bereich den Verbindungsabschnitt mit einer Mitnahmeverzahnung auf, um mit der Ausgangswelle drehfest verbunden zu werden. Hierdurch kann kosteneffizient eine drehfeste Verbindung zwischen Kühlkörper und Ausgangswelle geschaffen werden. Ferner ist eine Fertigung des Kühlkörpers und eine Montage des Kühlkörpers vereinfacht, da die Ausgangswelle einfach in den Kühlkörper gesteckt bzw. gepresst werden kann, um eine Ausgangswelle inklusive Kühlkörper für eine elektrische Maschine zu bilden.In an advantageous embodiment, the cooling body has, at one axial end in its radially inner region, the connecting section with driving teeth in order to be connected to the output shaft in a rotationally fixed manner. In this way, a non-rotatable connection between the heat sink and the output shaft can be created cost-effectively. Furthermore, production of the heat sink and assembly of the heat sink are simplified, since the output shaft can simply be plugged or pressed into the heat sink in order to form an output shaft including a heat sink for an electrical machine.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kühlkörper wenigstens eine zweite Kühlrippe auf. Der Fluidkanal verläuft abschnittsweise durch die erste Kühlrippe. Ergänzend oder alternativ ist eine Breite der ersten Kühlrippe verschieden von einer Breite der zweiten Kühlrippe. Vorzugsweise ist die Breite der ersten Kühlrippe größer als die Breite der zweiten Kühlrippe. Hierdurch kann eine Kühlung effizient erfolgen, da die erste Kühlrippe sowohl ein Kühlen mittels Luft als auch ein Kühlen mittels Kühlfluids erlaubt. Durch verschiedene Breiten der Kühlrippen kann die zweite Kühlrippe für eine Kühlung mit Luft optimiert sein.In an advantageous embodiment, the heat sink has at least one second cooling rib. The fluid channel runs in sections through the first cooling fin. Additionally or alternatively, a width of the first cooling fin is different from a width of the second cooling fin. The width of the first cooling fin is preferably greater than the width of the second cooling fin. As a result, cooling can take place efficiently, since the first cooling fin allows both cooling by means of air and cooling by means of cooling fluids. The second cooling fin can be optimized for cooling with air by means of different widths of the cooling fins.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der parallel zu der Ausgangswelle der elektrischen Maschine verlaufende Abschnitt des Fluidkanals durch eine Sacklochbohrung in den Kühlkörper gebildet und an einem Ende mit einem Dichtstopfen fluiddicht verschlossen. Hierdurch ist die Fertigung des Kühlkörpers technisch einfach und schnell möglich.In an advantageous embodiment, the section of the fluid channel running parallel to the output shaft of the electrical machine is formed by a blind hole in the heat sink and is closed in a fluid-tight manner at one end with a sealing plug. This makes the production of the heat sink technically simple and quick.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kühlkörper an einem axialen Endabschnitt Befestigungsmittel auf, vorzugsweise in Form von Gewindebohrungen, um ein Lüfterrad drehfest an dem Kühlkörper zu befestigen. Hierdurch kann ein Lüfterrad am Kühlkörper angeordnet werden, um bei einem Betrieb der elektrischen Maschine einen Luftstrom entlang der Kühlrippen zu erzeugen. Die Kühlung der elektrischen Maschine wird weiter verbessert. Insbesondere wird eine Restkühlleistung auch bei einem Ausfall einer Fluidversorgung gewährleistet.In an advantageous embodiment, the heat sink has fastening means on an axial end section, preferably in the form of threaded bores, in order to fasten a fan wheel to the heat sink in a rotationally fixed manner. In this way, a fan wheel can be arranged on the heat sink in order to generate an air flow along the cooling fins when the electrical machine is in operation. The cooling of the electrical machine is further improved. In particular, a residual cooling capacity is guaranteed even if a fluid supply fails.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bildet eine radial innenliegende Oberfläche des Kühlkörpers mit der Ausgangswelle der elektrischen Maschine einen Spalt, der als Abfluss für das Kühlfluid dient. Der Spalt mündet in einer Zuleitung zu einem Fluidsumpf. Hierdurch kann technisch einfach ein Abfluss für das erwärmte Kühlfluid geschaffen werden. 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 geringeren Dichte nach oben wandern. Bei einem erneuten Ansaugen des Kühlfluids aus dem Fluidsumpf mittels einer Fluidpumpe und einem erneuten Kühlen sind weniger Planschverluste und eine hohe Kühlleistung möglich.In a preferred embodiment, a radially inner surface of the cooling body forms a gap with the output shaft of the electrical machine, which gap serves as an outlet for the cooling fluid. The gap opens into a feed line to a fluid sump. In this way, an outflow for the heated cooling fluid can be created in a technically simple manner. By directing the cooling fluid into a feed line to a fluid sump, a cooling circuit can be created. Furthermore, heated and moving cooling fluid can settle in a fluid sump. Any bubbles that have formed in the cooling fluid can migrate upwards due to their lower density. When the cooling fluid is sucked in again from the fluid sump by means of a fluid pump and cooled again, fewer splashing losses and a high cooling capacity are possible.
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 und der Drehrichtungder elektrischen Maschine technisch einfach und zuverlässig möglich, wobei eine Zufuhr von Kühlfluid zur Ausgangswelle der elektrischen Maschine gewährleistet ist.In an advantageous embodiment, the electrical machine has a transmitter wheel, the transmitter wheel being designed to rotate with the output shaft and comprising a bore in order to supply cooling fluid through the transmitter wheel to the heat sink. In this way, the speed and the direction of rotation of the electrical machine can be monitored in a technically simple and reliable manner, with a supply of cooling fluid to the output shaft of the electrical machine being ensured.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkörper mittels eines Pressverbands mit dem Rotor der elektrischen Maschine drehfest verbunden. Auf diese Weise kann kosteneffizient eine drehfeste Verbindung des Kühlkörpers mit dem Rotor der elektrischen Maschine geschaffen werden.In a further advantageous embodiment, the heat sink is connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the electrical machine by means of a press fit. In this way, a non-rotatable connection of the heat sink to the rotor of the electrical machine can be created cost-effectively.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Maschine dazu ausgebildet, an der Ausgangswelle mit einem Getriebe wirkverbunden zu werden. Vorzugsweise weist die elektrische Maschine mit einem Kühlkörper wie zuvor definiert einen Spalt auf. Der Spalt ist dazu ausgebildet, dem Getriebe Kühlfluid 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.In an advantageous embodiment, the electrical machine is designed to be operatively connected to a transmission on the output shaft. The electrical machine preferably has a gap with a heat sink as previously defined. The gap is designed to supply cooling fluid to the transmission in order to lubricate and / or cool the transmission. In this way, it is technically easy to cool and lubricate the operatively connected gear. Additional lubrication and cooling of the transmission can preferably be dispensed with.
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. Vorzugweise weist das System ein Lüfterrad an dem Kühlkörper der elektrischen Maschine auf, um beim Betrieb der elektrischen Maschine einen Luftstrom zu erzeugen und die elektrische Maschine zu kühlen. Auf diese Weise kann die Kühlung der elektrischen Maschine weiter verbessert werden. Dem Kühlfluid kann zusätzlich Wärme entzogen werden. Zudem kann eine ausfallsichere Luftkühlung geschaffen werden, die beim Betrieb der elektrischen Maschine eine Art Zwangsbelüftung des Kühlkörpers bewirkt.In an advantageous embodiment, the system for cooling the electrical machine has a heat exchanger in order to extract heat from the cooling fluid. The heat exchanger is preferably arranged in the fluid flow direction between the fluid sump and the fluid pump. The system preferably has a fan wheel on the heat sink of the electrical machine in order to generate an air flow during operation of the electrical machine and to cool the electrical machine. In this way, the cooling of the electrical machine can be further improved. Additional heat can be extracted from the cooling fluid. In addition, fail-safe air cooling can be created that causes a kind of forced ventilation of the heat sink when the electrical machine is in operation.
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.Cooling fluids come in many different compositions, depending on the location and area of use. For example, a mineral oil and / or synthetic oil, with or without additives, can be used. It is also conceivable to use water, in particular deionized water, with or without additives. Alcohols or ethers can also be used as cooling fluids with or without additives. In principle, any gas or any liquid, depending on the intended use, can be used as a cooling fluid. There is one over the entire temperature range liquid or flowable substance can be used as a cooling fluid.
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.Recuperation is the recovery of energy during braking. A recuperation brake, also called regenerative brake, works like any electrodynamic brake without wear. The braking effect is achieved by operating the traction motors as electrical generators. The electrical energy can be stored in the vehicle, for example in an accumulator or high-performance capacitor.
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.An encoder wheel is a device for generating a signal that correlates with the angular or rotational position of the encoder wheel. For example, an angle or speed signal can be generated on the basis of periodic gaps in a toothed ring or by means of an induction transmitter based on the changes in the magnetic field. A uniform tooth structure corresponds to a sinusoidal stress curve. Furthermore, a specific gear wheel position can be transmitted to a control unit by using gaps of different sizes at specific intervals, which results in a change in the voltage curve. An optical determination of the angular position or speed is also conceivable, for example by means of the teeth of a toothed wheel that pass through a light barrier.
Planschverluste sind Wirkungsgradverluste aufgrund von drehenden Bauteilen, welche mindestens teilweise in einem Fluid laufen. 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.Splash losses are efficiency losses due to rotating components which at least partially run in a fluid. This leads to impairments in the cooling properties of a cooling fluid, which occur due to contamination, preferably air bubbles. The impurities usually have poorer thermal properties than the cooling fluid, so that a contaminated cooling fluid can absorb less heat. Furthermore, if the cooling fluid is contaminated by air inclusion, the viscosity of the cooling fluid can change, so that a fluid pump works less efficiently.
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 des Kühlkörpers der elektrischen Maschine; -
4 eine perspektivische technische Zeichnung eines Kühlkörpers; -
5 eine perspektivische technische Schnittzeichnung eines Kühlkörpers; -
6 eine perspektivische technische Schnittzeichnung einer elektrischen Maschine mit einem Kühlkörper; und -
7 eine technische Schnittzeichnung einer elektrischen Maschine mit einem Kühlkörper.
-
1 a schematic representation of an electrical machine according to the present invention; -
2 a schematic representation of a cooling system according to the present invention; -
3 a schematic detailed representation of the heat sink of the electrical machine; -
4th a perspective technical drawing of a heat sink; -
5 a perspective technical sectional drawing of a heat sink; -
6th a perspective technical sectional drawing of an electrical machine with a heat sink; and -
7th a technical sectional drawing of an electrical machine with a heat sink.
In
Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine
In
Die Fluidpumpe
Die Fluidpumpe
In
Das Geberrad
In
In
Das Kühlfluid
Nach Durchfließen der Längsbohrung gelangt das Kühlfluid
Die elektrische Maschine
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.The invention has been comprehensively described and explained with reference to the drawings and the description. The description and explanation are to be understood as examples and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art after using the present invention and after carefully analyzing the drawings, the disclosure and the following claims.
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.In the claims, the words “comprising” and “having” do not exclude the presence of further elements or steps. The undefined article “a” or “an” does not exclude the presence of a plural. The mere mention of some measures in several different dependent patent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously. Reference signs in the claims are not to be understood as restrictive.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- elektrische Maschineelectric machine
- 1212
- AusgangswelleOutput shaft
- 1414th
- Rotorrotor
- 1616
- Statorstator
- 1818th
- Gehäusecasing
- 2020th
- Systemsystem
- 2222nd
- FluidsumpfFluid sump
- 2424
- FluidpumpeFluid pump
- 2626th
- Leitungmanagement
- 2828
- KühlfluidCooling fluid
- 3030th
- KühlkörperHeat sink
- 3232
- FluidkanalFluid channel
- 3434
- erste Kühlrippefirst cooling fin
- 3636
- VerbindungsabschnittConnection section
- 3838
- GeberradEncoder wheel
- 4040
- Spaltgap
- 4242
- zweite Kühlrippesecond cooling fin
- 4444
- NutGroove
- 4646
- LüfterradFan wheel
- 4848
- Getriebetransmission
- 5050
- LagerdeckelBearing cap
- 5252
- DichtstopfenSealing plug
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102011007254 A1 [0005]DE 102011007254 A1 [0005]
- DE 60225725 T2 [0006]DE 60225725 T2 [0006]
Claims (15)
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DE102019208304.8A DE102019208304A1 (en) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | Heat sink for an electrical machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20230291282A1 (en) * | 2022-03-09 | 2023-09-14 | American Axle & Manufacturing, Inc. | Electric drive unit with rotor heat sink formed of heat sink elements |
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2019
- 2019-06-06 DE DE102019208304.8A patent/DE102019208304A1/en active Pending
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