DE102019208304A1 - Heat sink for an electrical machine - Google Patents

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DE102019208304A1
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Inventor
Martin Lang
Thomas Auer
Sebastian Paulik
Harald Wendl
Gerhard Obermaier
Maria Lang
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

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 DE 10 2011 007 254 A1 ist eine Antriebsvorrichtung bekannt mit mindestens einem Gehäuse und mindestens einem Elektroantrieb. Der Elektroantrieb weist eine Rotoranordnung mit einer Rotorwelle auf, welche für eine Rotation um eine Drehachse ausgebildet ist. Es ist eine Lageranordnung zur Lagerung der Rotoranordnung vorgesehen, wobei die Lageranordnung die Rotoranordnung in Bezug auf die Drehachse radial nach innen abstützt und wobei die Lageranordnung die Rotorwelle gegenüber einem gehäusefesten Trägerabschnitt abstützt. Die Rotorwelle kann mehrere Kanalabschnitte aufweisen, welche sich in axialer Richtung erstrecken und die in Umlaufrichtung um die Drehachse vorzugsweise regelmäßig verteilt sind und zur Kühlung der Rotorwelle, insbesondere der Lageranordnung oder der Lagereinrichtung, ausgebildet sind. Nachteilig ist dabei, dass nur eine Kühlung mit Getriebeöl vorgesehen ist. Ferner ist eine Kühlung der elektrischen Maschine mittels Getriebeöls wenig effizient, da das Getriebeöl zunächst die radial innen abstützenden Lager kühlt und daher weniger Wärme von der elektrischen Maschine aufnehmen kann.From the DE 10 2011 007 254 A1 a drive device is known with at least one housing and at least one electric drive. The electric drive has a rotor arrangement with a rotor shaft which is designed for rotation about an axis of rotation. A bearing arrangement is provided for supporting the rotor arrangement, the bearing arrangement supporting the rotor arrangement radially inward with respect to the axis of rotation and the bearing arrangement supporting the rotor shaft against a support section fixed to the housing. The rotor shaft can have several channel sections which extend in the axial direction and which are preferably regularly distributed in the direction of rotation around the axis of rotation and are designed to cool the rotor shaft, in particular the bearing arrangement or the bearing device. The disadvantage here is that only cooling with gear oil is provided. Furthermore, cooling the electrical machine by means of gear oil is not very efficient, since the gear oil initially cools the bearings which are supported radially on the inside and can therefore absorb less heat from the electrical machine.

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 des 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.From the DE 602 25 725 T2 there is known a magnetic bearing spindle used as a machine tool spindle. The spindle rotates at speeds of up to 70,000 rpm. A peripheral portion of the thrust magnetic bearing rotor is formed in a triangular shape that reduces a variation rate of a pipe resistance or a pipe strength. This is intended to prevent a vortex from being generated so that cooling air can gently pass through the gap in such a way that the cooling air can evenly divide or separate and flow in a load direction and a counterload direction. The disadvantage here is that the magnetic bearing spindle is cooled exclusively by an air stream. A cooling described above is not suitable for lower rotational speeds, which are used, for example, in electric drive machines for motor vehicles. Furthermore, such a spindle cannot be cooled by means of a liquid cooling fluid, or can only be cooled with great technical effort.

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.
To achieve the object, the invention relates to a heat sink for cooling an electrical machine, with:
  • 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.
The invention also relates to an electrical machine with:
  • 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.
The invention also relates to a system for cooling an electrical machine, with:
  • 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.
The invention is described and explained in more detail below with reference to a few selected exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings. Show it:
  • 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 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.In 1 is schematically an electrical machine 10 shown. The electric machine 10 has an output shaft 12th on that with a rotor 14th the electrical machine is rotatably connected. A stator 16 the electric machine 10 is with a housing 18th non-rotatably connected. It goes without saying that the stator 16 also with another component that rotates the stator 16 relative to the rotor 14th prevented, can be effectively connected. The illustration is to be understood as an example; the components are not true to scale. Furthermore, no further details are presented.

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 eine Gleichstrom-, Wechselstrom-, Dreiphasenwechselstrommaschine sein. Generell kann die Erfindung mit jeder elektrischen Maschine verwendet werden, die eine Ausgangswelle aufweist.When the electrical machine is in operation 10 the rotor turn 14th and the output shaft 12th with the same rotation speed. The stator 16 is with the case 18th connected in such a way that it performs essentially no movement, in particular no rotational movement. The electric machine 10 can be a direct current, alternating current, three phase alternating current machine. In general, the invention can be used with any electrical machine that has an output shaft.

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.In 2 is schematically a system 20th for cooling the electrical machine 10 shown. The system 20th includes a fluid sump 22nd , a fluid pump 24 and lines 26th .

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.The fluid pump 24 promotes cooling fluid 28 from the fluid sump 22nd into the output shaft 12th the electric machine 10 . The cooling fluid 28 takes heat from the electrical machine 10 on. By further conveying cooling fluid 28 becomes the cooling fluid 28 from the output shaft 12th the electric machine 10 pushed and flows back into the fluid sump 22nd .

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.The fluid pump 24 can be any type of pump that is suitable for pumping cooling fluid. It is understood that in the system 20th one or more heat exchangers can be provided to the cooling fluid 28 improves cooling. In addition, a fluid filter can be provided to remove suspended matter from the cooling fluid 28 to filter. One or more temperature sensors can also be provided to measure the temperature of the electrical machine 10 and / or the cooling fluid 28 capture. It is conceivable, the fluid pump 24 depending on the temperature of the electrical machine 10 and / or the cooling fluid 28 to regulate. The representation is to be understood as a functional minimal scheme. It is also conceivable that the fluid pump 24 operated another cooling circuit.

In 3 ist schematisch eine Detailansicht der elektrischen Maschine 10 gezeigt. Die Ausgangswelle 12 weist einen Kühlkörper 30 mit einem Fluidkanal 32 und einer ersten Kühlrippe 34 auf. Der Kühlkörper 30 ist an einem Verbindungsabschnitt 36 mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden. Der Kühlkörper 30 weist an einem ersten axialen Ende ein Geberrad 38 auf. An einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten axialen Ende umgibt der Kühlkörper 30 die Ausgangswelle 12 und bildet mit der Ausgangswelle 12 einen Spalt 40, der als Abfluss für Kühlfluid 28 aus dem Kühlkörper 30 dient.In 3 is a schematic detailed view of the electrical machine 10 shown. The output shaft 12th has a heat sink 30th with a fluid channel 32 and a first cooling fin 34 on. The heat sink 30th is at a connection section 36 with the output shaft 12th non-rotatably connected. The heat sink 30th has a transmitter wheel at a first axial end 38 on. The heat sink surrounds a second axial end opposite the first end 30th the output shaft 12th and forms with the output shaft 12th a crack 40 used as a drain for cooling fluid 28 from the heat sink 30th serves.

Das Geberrad 38 ist an der Ausgangswelle 12 angeordnet, um die Drehzahl der Ausgangswelle 12 und damit die Drehzahl des Rotors 14 der elektrischen Maschine 10 zu ermitteln. Das Geberrad 38 weist eine Aussparung auf, um über das Geberrad 38 dem Kühlkörper 30 Kühlfluid 28 zuzuführen.The encoder wheel 38 is on the output shaft 12th arranged to the speed of the output shaft 12th and thus the speed of the rotor 14th the electric machine 10 to determine. The encoder wheel 38 has a recess to over the transmitter wheel 38 the heat sink 30th Cooling fluid 28 feed.

4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Kühlkörpers 30. Der Kühlkörper 30 weist eine erste Kühlrippe 34 und eine zweite Kühlrippe 42 auf. Ferner weist der Kühlkörper 30 in axialer Richtung verlaufende Nuten 44 auf, die die Kühlrippen 34, 42 bilden. Der Kühlkörper 30 weist in der ersten Kühlrippe 34 einen Fluidkanal 32 auf. Je nach Anforderung an Kühlleistung und zu übertragendem Drehmoment kann die Dicke der Kühlrippen 34, 42 beziehungsweise die Breite der Nuten 44 angepasst sein. Die Kühlrippen 34, 42 weisen dabei unterschiedliche radiale Ausdehnungen auf. Ferner sind die Kühlrippen 34, 42 im Wesentlichen parallel angeordnet. Die Kühlrippen 34, 42 führen also nicht radial zum Mittelpunkt des Kühlkörpers 30 hin. Hierdurch kann die Fertigung des Kühlkörpers 30 schnell und kosteneffizient erfolgen, da keine Rotation eines Werkzeugs und/oder des Kühlkörpers 30 beim Bearbeiten der Nuten 44 beziehungsweise Kühlrippen 34, 42 stattfinden muss. 4th shows a schematic perspective illustration of a heat sink 30th . The heat sink 30th has a first cooling fin 34 and a second cooling fin 42 on. Furthermore, the heat sink 30th grooves running in the axial direction 44 on that the cooling fins 34 , 42 form. The heat sink 30th points in the first cooling fin 34 a fluid channel 32 on. Depending on the requirements for cooling performance and the torque to be transmitted, the thickness of the cooling fins 34 , 42 or the width of the grooves 44 be adjusted. The cooling fins 34 , 42 have different radial dimensions. Furthermore, the cooling fins 34 , 42 arranged essentially in parallel. The cooling fins 34 , 42 do not lead radially to the center of the heat sink 30th down. This allows the production of the heat sink 30th can be done quickly and cost-effectively as there is no rotation of a tool and / or the heat sink 30th when machining the grooves 44 or cooling fins 34 , 42 must take place.

5 zeigt eine schematische perspektivische Schnittdarstellung des Kühlkörpers 30. Ein Abschnitt des Fluidkanals 32, der parallel zur Ausgangswelle 12 verläuft, ist in dem gezeigten Beispiel als Sacklochbohrung ausgebildet. Zwei jeweils schräg verlaufende Bohrungen führen zu der Sacklochbohrung hin, um ein Zuführen und Abführen von Kühlfluid 28 zu ermöglichen. Durch den parallel zur Ausgangswelle 12 verlaufenden Abschnitt und die schräg verlaufenden Bohrungen zur Sacklochbohrung hin kann ein Fluidkanal 32 geschaffen werden, der es erlaubt, Kühlfluid 28 nahe zum Rotor 14 der elektrischen Maschine 10 zu führen. 5 shows a schematic perspective sectional illustration of the heat sink 30th . A section of the fluid channel 32 that is parallel to the output shaft 12th runs, is formed in the example shown as a blind hole. Two obliquely running bores lead to the blind hole in order to feed and discharge cooling fluid 28 to enable. Due to the parallel to the output shaft 12th running section and the obliquely running bores towards the blind hole can be a fluid channel 32 be created that allows cooling fluid 28 close to the rotor 14th the electric machine 10 respectively.

In 6 ist eine perspektivische Schnittdarstellung durch eine elektrische Maschine 10 ausschnittsweise gezeigt. Die elektrische Maschine 10 weist eine Ausgangswelle 12 auf, die mit dem Kühlkörper 30 an dem Verbindungsabschnitt 36 drehfest verbunden ist. Der Kühlkörper 30 weist an einem ersten axialen Ende das Geberrad 38 auf, das abschnittsweise in dem Kühlkörper 30 aufgenommen ist und mit dem Kühlkörper 30 dreht. An einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden axialen Ende ist ein Lüfterrad 46 drehfest mit dem Kühlkörper 30 verbunden. Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine 10 wird durch das mitdrehende Lüfterrad 46 ein Luftstrom durch den Kühlkörper 30 hindurch erzeugt. Die Ausgangswelle 12 ist mit einem nicht näher gezeigten Getriebe 48 wirkverbunden und bildet mit dem Kühlkörper 30 den Spalt 40, der als Abfluss für das Kühlfluid 28 dient.In 6th is a perspective sectional view through an electrical machine 10 shown in detail. The electric machine 10 has an output shaft 12th on that with the heat sink 30th at the connecting portion 36 is rotatably connected. The heat sink 30th has the encoder wheel at a first axial end 38 on, the sections in the heat sink 30th is added and with the heat sink 30th turns. At an axial end opposite the first axial end is a fan wheel 46 non-rotatably with the heat sink 30th connected. When the electrical machine is in operation 10 is caused by the rotating fan wheel 46 a flow of air through the heat sink 30th generated through. The output shaft 12th is with a gear not shown in detail 48 operatively connected and forms with the heat sink 30th the gap 40 that acts as a drain for the cooling fluid 28 serves.

In 7 ist eine Schnittdarstellung durch eine elektrische Maschine 10 ausschnittsweise gezeigt. Beim Betrieb der elektrischen Maschine 10 wird Kühlfluid 28, vorzugsweise Öl, von der Fluidpumpe 24 aus dem Fluidsumpf 22 angesaugt. Die Fluidpumpe 24 bringt das Kühlfluid 28 durch Leitungen 26 und Hydraulikverschraubungen wieder in den Kühlkörper 30. Zwischen dem Geberrad 38, das sich mit der Ausgangswelle 12, dem Kühlkörper 30 und dem Rotor 14 dreht, und einem starren Lagerdeckel 50 befindet sich eine Abdichtung. Beispielsweise kann ein Radialwellendichtring oder eine Kombination aus Dichtring und Prallblech vorgesehen sein.In 7th is a sectional view through an electrical machine 10 shown in detail. When operating the electrical machine 10 becomes cooling fluid 28 , preferably oil, from the fluid pump 24 from the fluid sump 22nd sucked in. The fluid pump 24 brings the cooling fluid 28 through lines 26th and hydraulic fittings back into the heat sink 30th . Between the sender wheel 38 that deals with the output shaft 12th , the heat sink 30th and the rotor 14th turns, and a rigid bearing cap 50 there is a seal. For example, a radial shaft sealing ring or a combination of sealing ring and baffle plate can be provided.

Das Kühlfluid 28 fließt durch eine Bohrung im Lagerdeckel 50 ins Innere des Geberrads 38. Von dort wird es über mehrere Bohrungen im Geberrad 38 in einen Zwischenraum zwischen Ausgangswelle 12 und Kühlkörper 30 gebracht. Von dort wird das Kühlfluid 28 über eine schräge Bohrung in eine weitere Längsbohrung, die sich im Kühlkörper 30 nahe an der Oberfläche befindet, gebracht. Dies bewirkt, dass ein guter Wärmeübergang von der elektrischen Maschine 10 ins Kühlfluid 28 stattfinden kann. Die Längsbohrung ist in Form einer Sacklochbohrung ausgebildet und beispielsweise mit einem Dichtstopfen 52 gegen den Raum der elektrischen Maschine 10 abgedichtet.The cooling fluid 28 flows through a hole in the bearing cap 50 inside the sender wheel 38 . From there it gets through several holes in the sender wheel 38 into a space between the output shaft 12th and heat sink 30th brought. From there the cooling fluid 28 Via an inclined hole in another longitudinal hole in the heat sink 30th located close to the surface. This causes a good heat transfer from the electrical machine 10 into the cooling fluid 28 can take place. The longitudinal bore is designed in the form of a blind bore and, for example, with a sealing plug 52 against the space of the electric machine 10 sealed.

Nach Durchfließen der Längsbohrung gelangt das Kühlfluid 28 wiederum in den Zwischenraum zwischen Ausgangswelle 12 und Kühlkörper 30 und von dort wieder in den Fluidsumpf 22.After flowing through the longitudinal bore, the cooling fluid arrives 28 again in the space between the output shaft 12th and heat sink 30th and from there back into the fluid sump 22nd .

Die elektrische Maschine 10 verfügt zudem über eine Luftkühlung. Dabei ist das Lüfterrad 46 an den Kühlkörper 30 geschraubt oder anderweitig drehfest damit verbunden. Das Lüfterrad 46 rotiert dementsprechend mit einer Drehzahl des Kühlkörpers 30 und bläst Luft durch die Luftkanäle (Nuten 44) im Kühlkörper. Die dadurch erwärmte Luft gibt die Wärme an weitere Gehäuseteile eines Motorgehäuses ab. Zur verbesserten Wärmeabgabe der Luft kann das Gehäuse mit Gehäuserippen etc. versehen sein, um eine große Oberfläche zu schaffen und somit schließlich schneller die Wärme an die Umgebung abgeben zu können. Die Luftkanäle (Nuten 44) im Kühlkörper 30 können beispielsweise geschmiedet sein und müssen nicht zwangsläufig spanend bearbeitet werden.The electric machine 10 also has air cooling. Here is the fan wheel 46 to the heat sink 30th screwed or otherwise non-rotatably connected to it. The fan wheel 46 rotates accordingly with a speed of the heat sink 30th and blows air through the air channels (grooves 44 ) in the heat sink. The air heated in this way transfers the heat to other housing parts of a motor housing. For improved heat dissipation from the air, the housing can be provided with housing ribs etc. in order to create a large surface area and thus ultimately to be able to give off heat to the environment more quickly. The air ducts (grooves 44 ) in the heat sink 30th can be forged, for example, and do not necessarily have to be machined.

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

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  • DE 60225725 T2 [0006]DE 60225725 T2 [0006]

Claims (15)

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.Heat sink (30) for cooling an electrical machine (10), with: 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, wherein the cooling rib is designed to be arranged non-rotatably on a rotor (14) of the electrical machine, so that the heat sink is arranged between the rotor and the output shaft of the electrical machine in order to cool the electrical machine and the output shaft of the electrical machine. Kühlkörper (30) nach Anspruch 1, wobei der Fluidkanal (32) in axialer Richtung abschnittsweise parallel zu der Ausgangswelle (12) der elektrischen Maschine (10) verläuft.Heat sink (30) Claim 1 wherein the fluid channel (32) runs in the axial direction in sections parallel to the output shaft (12) of the electrical machine (10). Kühlkörper (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Kühlkörper aus Metall gebildet ist und die erste Kühlrippe (34) vorzugsweise geschmiedet ist.Cooling body (30) according to one of the preceding claims, wherein the cooling body is formed from metal and the first cooling rib (34) is preferably forged. Kühlkörper (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die erste Kühlrippe (34) durch zwei in axialer Richtung parallel verlaufende Nuten (44) gebildet ist; und die Nuten zu einer die Mittelachse des Kühlkörpers enthaltenden Ebene parallel verlaufen.Heat sink (30) according to one of the preceding claims, wherein the first cooling rib (34) is formed by two grooves (44) running parallel in the axial direction; and the grooves run parallel to a plane containing the central axis of the heat sink. Kühlkörper (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Kühlkörper an einem axialen Ende in seinem radial innenliegenden Bereich den Verbindungsabschnitt (36) mit einer Mitnahmeverzahnung aufweist, um mit der Ausgangswelle (12) drehfest verbunden zu werden.Cooling body (30) according to one of the preceding claims, wherein the cooling body has the connecting section (36) with driving teeth at one axial end in its radially inner region in order to be connected to the output shaft (12) in a rotationally fixed manner. Kühlkörper (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, mit wenigstens einer zweiten Kühlrippe (42), wobei der Fluidkanal (32) abschnittsweise durch die erste Kühlrippe (34) verläuft; und/oder eine Breite der ersten Kühlrippe verschieden von einer Breits der zweiten Kühlrippe und vorzugsweise größer als die Breite der zweiten Kühlrippe ist.Cooling body (30) according to one of the preceding claims, with at least one second cooling rib (42), wherein the fluid channel (32) runs in sections through the first cooling rib (34); and or a width of the first cooling fin is different from a width of the second cooling fin and preferably greater than the width of the second cooling fin. Kühlkörper (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der parallel zu der Ausgangswelle (12) der elektrischen Maschine (10) verlaufende Abschnitt des Fluidkanals (32) durch eine Sacklochbohrung in den Kühlkörper gebildet ist und an einem Ende mit einem Dichtstopfen (52) fluiddicht verschlossen ist.Heat sink (30) according to one of the preceding claims, wherein the section of the fluid channel (32) running parallel to the output shaft (12) of the electrical machine (10) is formed by a blind hole in the heat sink and at one end with a sealing plug (52) is closed fluid-tight. Kühlkörper (30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Kühlkörper an einem axialen Endabschnitt Befestigungsmittel, vorzugsweise in Form von Gewindebohrungen, aufweist, um ein Lüfterrad (46) drehfest an dem Kühlkörper zu befestigen.Heat sink (30) according to one of the preceding claims, wherein the heat sink has fastening means, preferably in the form of threaded bores, at an axial end section in order to fasten a fan wheel (46) in a rotationally fixed manner to the heat sink. Kühlkörper (30) nach dem vorgenannten Anspruch, wobei eine radial innenliegende Oberfläche des Kühlkörpers mit der Ausgangswelle (12) der elektrischen Maschine einen Spalt (40) bildet, der als Abfluss für das Kühlfluid (28) dient; und der Abfluss in einer Zuleitung zu einem Fluidsumpf (22) mündet.Heat sink (30) according to the preceding claim, wherein a radially inner surface of the heat sink with the output shaft (12) of the electrical machine forms a gap (40) which serves as an outlet for the cooling fluid (28); and the outflow opens into a feed line to a fluid sump (22). Elektrische Maschine (10), mit: einem Stator (16); einem Rotor (14); und einer Ausgangswelle (12) mit einem Kühlkörper (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Kühlkörper drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine und der Ausgangswelle verbunden ist.An electric machine (10) comprising: a stator (16); a rotor (14); and an output shaft (12) with a heat sink (30) according to one of the Claims 1 to 9 , wherein the heat sink is rotatably connected to the rotor of the electrical machine and the output shaft. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 10, mit einem Geberrad (38), wobei das Geberrad dazu ausgebildet ist, mit der Ausgangswelle (12) zu drehen und eine Bohrung umfasst, um Kühlfluid durch das Geberrad hindurch dem Kühlkörper (30) zuzuführen.Electric machine (10) according to Claim 10 , with a transmitter wheel (38), wherein the transmitter wheel is designed to rotate with the output shaft (12) and comprises a bore to supply cooling fluid through the transmitter wheel to the heat sink (30). Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der Kühlkörper (30) mittels eines Pressverbands mit dem Rotor (14) der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist.Electric machine (10) according to one of the Claims 10 or 11 , wherein the heat sink (30) is non-rotatably connected to the rotor (14) of the electrical machine by means of a press fit. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die elektrische Maschine dazu ausgebildet ist, an der Ausgangswelle (12) mit einem Getriebe (48) wirkverbunden zu werden und einen Kühlkörper (30) nach Anspruch 9 aufweist, wobei der Spalt (40) dazu ausbildet ist, Kühlfluid (28) dem Getriebe zuzuführen, um das Getriebe zu schmieren und/oder zu kühlen.Electric machine (10) according to one of the Claims 10 to 12th , wherein the electrical machine is designed to be operatively connected to a gear (48) on the output shaft (12) and a heat sink (30) after Claim 9 comprises, wherein the gap (40) is designed to supply cooling fluid (28) to the gearbox in order to lubricate and / or cool the gearbox. System (20) zum Kühlen einer elektrischen Maschine (10), mit: einem Fluidsumpf (22) zum Speichern eines Kühlfluids (28); einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 13; und einer Fluidpumpe (24), zum Fördern des Kühlfluids vom Fluidsumpf zu einem Kühlkörper (30) der elektrischen Maschine, um einen Kühlkreislauf zu bilden.A system (20) for cooling an electrical machine (10), comprising: a fluid sump (22) for storing a cooling fluid (28); an electrical machine according to one of the Claims 10 to 13th ; and a fluid pump (24) for conveying the cooling fluid from the fluid sump to a heat sink (30) of the electrical machine in order to form a cooling circuit. System (20) nach dem vorgenannten Anspruch, mit einem Wärmetauscher, um dem Kühlfluid (28) Wärme zu entziehen, wobei der Wärmetauscher in Fluidflussrichtung vorzugsweise zwischen Fluidsumpf (22) und Fluidpumpe (24) angeordnet ist; und das System vorzugsweise eine elektrische Maschine (10) mit einem Kühlkörper (30) nach Anspruch 8 und ein Lüfterrad (46) aufweist, um beim Betrieb der elektrischen Maschine einen Luftstrom zu erzeugen und die elektrische Maschine zu kühlen.System (20) according to the preceding claim, having a heat exchanger in order to extract heat from the cooling fluid (28), the heat exchanger preferably being arranged in the fluid flow direction between the fluid sump (22) and the fluid pump (24); and the system preferably comprises an electrical machine (10) having a heat sink (30) Claim 8 and a fan wheel (46) to generate an air flow during operation of the electrical machine and to cool the electrical machine.
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