DE102021106888A1

DE102021106888A1 - Cooling system, electric power unit, electric vehicle and method of cooling an electric power unit

Info

Publication number: DE102021106888A1
Application number: DE102021106888.6A
Authority: DE
Inventors: David Ehrenberger
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2022-09-22
Also published as: WO2022194784A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Kühlsystem (1), insbesondere für einen Antriebs-Elektromotor bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, welches Kühlsystem eine Kühlhülse (2) mit einer Längsachse (3) und ein Wärmeleitmittel (4) aufweist, welche Kühlhülse (2) das Wärmeleitmittel (4) in einem Bereich entlang der Längsachse (3) umgibt, wodurch zwischen der Kühlhülse (2) und dem Wärmeleitmittel (4) ein Kühlkanal (5) gebildet ist, um darin ein Kühlfluid (6) zu leiten, welches Wärmeleitmittel (4) zum Aufnehmen einer ersten Wärmequelle (7), insbesondere eines Stators eines Antriebs-Elektromotors bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, in dem Bereich ausgebildet und bestimmt ist. Das Wärmeleitmittel (4) ist dazu ausgebildet, eine zweite Wärmequelle (8), insbesondere eine Leistungselektronik für einen Antriebs-Elektromotor bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, welche entlang der Längsachse (3) axial zu der ersten Wärmequelle (7) angeordnet ist, wärmeleitend zu kontaktieren. Das Wärmeleitmittel (4) umfasst dazu weiterhin einen Lagerschild (12), welcher der Lagerschild (12) auf der Längsachse (3) zwischen der ersten Wärmequelle (7) und der zweiten Wärmequelle (8) angeordnet ist.A cooling system (1) is proposed, in particular for an electric drive motor in an electrically driven vehicle, which cooling system has a cooling sleeve (2) with a longitudinal axis (3) and heat-conducting means (4), which cooling sleeve (2) contains the heat-conducting means (4 ) in a region along the longitudinal axis (3), whereby a cooling channel (5) is formed between the cooling sleeve (2) and the heat conducting means (4) in order to conduct a cooling fluid (6) therein, which heat conducting means (4) for receiving a first heat source (7), in particular a stator of a drive electric motor in an electrically driven vehicle, is formed and defined in the area. The heat-conducting means (4) are designed to thermally conduct a second heat source (8), in particular power electronics for an electric drive motor in an electrically powered vehicle, which is arranged along the longitudinal axis (3) axially to the first heat source (7). to contact. For this purpose, the heat-conducting means (4) further comprises a bearing plate (12), which the bearing plate (12) is arranged on the longitudinal axis (3) between the first heat source (7) and the second heat source (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, insbesondere für einen Antriebs-Elektromotor bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, welches Kühlsystem eine Kühlhülse mit einer Längsachse und ein Wärmeleitmittel aufweist, welche Kühlhülse das Wärmeleitmittel in einem Bereich entlang der Längsachse umgibt, wodurch zwischen der Kühlhülse und dem Wärmeleitmittel ein Kühlkanal gebildet ist, um darin ein Kühlfluid zu leiten, welches Wärmeleitmittel zum Aufnehmen einer ersten Wärmequelle, insbesondere eines Stators eines Antriebs-Elektromotors bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, in dem Bereich ausgebildet und bestimmt ist, wobei das Wärmeleitmittel dazu ausgebildet ist, eine zweite Wärmequelle, insbesondere eine Leistungselektronik für einen Antriebs-Elektromotor bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, welche entlang der Längsachse axial zu der ersten Wärmequelle angeordnet ist, wärmeleitend zu kontaktieren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a cooling system, in particular for a drive electric motor in an electrically powered vehicle, which cooling system has a cooling sleeve with a longitudinal axis and a heat conducting means, which cooling sleeve surrounds the heat conducting means in a region along the longitudinal axis, whereby a Cooling duct is formed in order to conduct a cooling fluid therein, which heat conducting means is formed and intended for receiving a first heat source, in particular a stator of a drive electric motor in an electrically powered vehicle, in the area, the heat conducting means being formed to a second heat source , in particular power electronics for a drive electric motor in an electrically powered vehicle, which is arranged along the longitudinal axis axially to the first heat source, to make thermally conductive contact, according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Antriebseinheit gemäß dem Anspruch 25, ein Elektrofahrzeug gemäß dem Anspruch 26 sowie ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Antriebseinheit gemäß dem Anspruch 27.The invention also relates to an electric drive unit according to claim 25, an electric vehicle according to claim 26 and a method for cooling an electric drive unit according to claim 27.

Kühlsysteme der genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen dazu, beim Betrieb bestimmter Vorrichtungen entstehende Wärme, die sich insbesondere in stromführenden Komponenten von Elektromotoren oder deren Peripherie ausbildet, abzuleiten und eine Beschädigung der zu kühlenden Vorrichtungen zu verhindern.Cooling systems of the type mentioned are known from the prior art and serve to dissipate heat generated during the operation of certain devices, which develops in particular in current-carrying components of electric motors or their periphery, and to prevent damage to the devices to be cooled.

Insbesondere Elektromotoren, die als Antriebs-Elektromotoren für elektrisch angetriebene Fahrzeuge einsetzbar sind, können eine Vielzahl von Wärmequellen aufweisen. Eine erste solche Wärmequelle kann ein Stator eines Elektromotors sein, der im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und entlang einer Längsachse des Elektromotors angeordnet ist. Der Stator umfasst in der Regel ein Statorblechpaket und elektrische Leiter, die bei Erzeugung eines Stromflusses dazu ausgebildet sind, ein bewegtes Magnetfeld zu erzeugen. Das bewegte Magnetfeld bewirkt wiederum eine Bewegung eines Rotors, der in einem inneren Bereich des Stators angeordnet ist. Infolge des Stromflusses können sich die elektrischen Leiter sowie der Stator selbst aufheizen, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führen kann. Darüber hinaus kann eine Überhitzung des Stators zu einer irreversiblen Beschädigung bis hin zu einem Totalausfall des Elektromotors führen.Electric motors, in particular, which can be used as drive electric motors for electrically powered vehicles, can have a large number of heat sources. A first such heat source can be a stator of an electric motor, which is designed essentially as a hollow cylinder and is arranged along a longitudinal axis of the electric motor. As a rule, the stator comprises a stator core and electrical conductors, which are designed to generate a moving magnetic field when a current flow is generated. The moving magnetic field in turn causes a movement of a rotor which is arranged in an inner region of the stator. As a result of the current flow, the electrical conductors and the stator itself can heat up, which can lead to a reduction in efficiency. In addition, overheating of the stator can lead to irreversible damage up to total failure of the electric motor.

Wird die erste Wärmequelle von einem Wärmeleitmittel, insbesondere einem hülsenförmigen Statorträger, wie er bei vorbekannten Elektromotoren regelmäßig Verwendung findet, umschlossen, kann die von der ersten Wärmequelle abgegebene Wärme über das eingangs erwähnte Wärmeleitmittel abgeführt werden. Durch zusätzliche Anordnung einer Kühlhülse am äußeren Umfang des Wärmeleitmittels kann ein Kühlkanal ausgebildet werden, der dazu geeignet ist, ein Kühlfluid am Wärmeleitmittel zu führen und damit die Kühlwirkung zu verstärken. Eine derartige Kühlhülse ist aus der DE 10 2018 109 420 A1 bekannt.If the first heat source is enclosed by a heat conduction means, in particular a sleeve-shaped stator carrier, as is regularly used in previously known electric motors, the heat given off by the first heat source can be dissipated via the heat conduction means mentioned at the outset. By additionally arranging a cooling sleeve on the outer circumference of the heat-conducting means, a cooling channel can be formed which is suitable for guiding a cooling fluid on the heat-conducting means and thus enhancing the cooling effect. Such a cooling sleeve is from DE 10 2018 109 420 A1 known.

Weist die zu kühlende Vorrichtung weitere Wärmequellen auf, insbesondere Wechselrichter oder andere Leistungselektronik, muss auch die von diesen weiteren Wärmequellen abgegebene Wärme abgeführt werden. Ist bereits ein erstes Kühlsystem mit einem Wärmeleitmittel und einer Kühlhülse im Bereich einer ersten Wärmequelle angeordnet, wird dies in bekannten Vorrichtungen dazu ausgenutzt, eine zweite Wärmequelle an der Außenseite der Kühlhülse anzuordnen, sodass zwei Wärmeströme auf das Kühlfluid übertragen werden. Eine derartige Anordnung ist ebenfalls aus der DE 10 2018 109 420 A1 bekannt.If the device to be cooled has additional heat sources, in particular inverters or other power electronics, the heat given off by these additional heat sources must also be dissipated. If a first cooling system with heat conducting means and a cooling sleeve is already arranged in the area of a first heat source, this is used in known devices to arrange a second heat source on the outside of the cooling sleeve, so that two heat flows are transferred to the cooling fluid. Such an arrangement is also from DE 10 2018 109 420 A1 known.

Eine Anbringung der zweiten Wärmequelle am Außenumfang der Kühlhülse geht allerdings mit einer Vergrößerung des erforderlichen Bauraums in radialer Richtung einher, welcher gerade bei Fahrzeugen häufig beschränkt ist. Dies hat zur Folge, dass in einer solchen Anordnung die Kühlhülse einen maximal zulässigen Außendurchmesser nicht überschreiten darf. Damit ist auch die Menge des verfügbaren Kühlfluids beschränkt, die in dem Kühlkanal geführt werden kann. Da die übertragbare Wärme unmittelbar von der Menge des Kühlfluids abhängig ist, stellt der verfügbare radiale Bauraum somit eine entscheidende Einflussgröße für die erreichbare Kühlwirkung eines Kühlsystems dar.However, attaching the second heat source to the outer circumference of the cooling sleeve is associated with an increase in the required installation space in the radial direction, which is often limited, especially in vehicles. The consequence of this is that in such an arrangement the cooling sleeve must not exceed a maximum permissible outside diameter. This also limits the amount of available cooling fluid that can be guided in the cooling channel. Since the heat that can be transferred is directly dependent on the amount of cooling fluid, the available radial installation space is a decisive factor influencing the achievable cooling effect of a cooling system.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Kühlwirkung von Kühlsystemen, insbesondere zur Kühlung elektrischer Maschinen, zu verbessern. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebseinheit sowie ein Elektrofahrzeug mit einem Kühlsystem auszubilden, welches Kühlsystem eine verbesserte Kühlwirkung aufweist. Schließlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Antriebseinheit anzugeben, mit dem eine verbesserte Kühlwirkung erreichbar ist.The invention is therefore based on the object of improving the cooling effect of cooling systems, in particular for cooling electrical machines. Furthermore, the invention is based on the object of designing an electric drive unit and an electric vehicle with a cooling system, which cooling system has an improved cooling effect. Finally, the invention is based on the object of specifying a method for cooling an electric drive unit with which an improved cooling effect can be achieved.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine elektrische Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 25, durch ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Anspruch 26 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 27. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.The object is achieved according to the invention by a cooling system having the features of claim 1, by an electric drive unit having the features of claim 25, by an electric vehicle having the features of claim 26 and by a method having the features of claim 27. Advantageous configurations are the subject matter of the respective dependent claims.

Die Erfindung schafft ein Kühlsystem, insbesondere für einen Antriebs-Elektromotor bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, welches Kühlsystem eine Kühlhülse mit einer Längsachse und ein Wärmeleitmittel aufweist, welche Kühlhülse das Wärmeleitmittel in einem Bereich entlang der Längsachse umgibt, wodurch zwischen der Kühlhülse und dem Wärmeleitmittel ein Kühlkanal gebildet ist, um darin ein Kühlfluid zu leiten, welches Wärmeleitmittel zum Aufnehmen einer ersten Wärmequelle, insbesondere eines Stators eines Antriebs-Elektromotors bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, in dem Bereich ausgebildet und bestimmt ist. Das Wärmeleitmittel ist dazu ausgebildet, eine zweite Wärmequelle, insbesondere eine Leistungselektronik für einen Antriebs-Elektromotor bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, welche entlang der Längsachse axial zu der ersten Wärmequelle angeordnet ist, wärmeleitend zu kontaktieren. Das Wärmeleitmittel umfasst einen Lagerschild, insbesondere für einen Antriebs-Elektromotor bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, wobei der Lagerschild auf der Längsachse zwischen der ersten Wärmequelle und der zweiten Wärmequelle angeordnet ist.The invention creates a cooling system, in particular for a drive electric motor in an electrically powered vehicle, which cooling system has a cooling sleeve with a longitudinal axis and a heat conducting means, which cooling sleeve surrounds the heat conducting means in a region along the longitudinal axis, whereby a Cooling duct is formed to conduct a cooling fluid therein, which heat conducting means for receiving a first heat source, in particular a stator of a drive electric motor in an electrically powered vehicle, is formed and intended in the region. The heat-conducting means is designed to make thermally conductive contact with a second heat source, in particular power electronics for an electric drive motor in an electrically powered vehicle, which is arranged along the longitudinal axis axially with respect to the first heat source. The heat-conducting means comprises a bearing plate, in particular for a drive electric motor in an electrically powered vehicle, the bearing plate being arranged on the longitudinal axis between the first heat source and the second heat source.

Die Erfindung schafft weiterhin eine elektrische Antriebseinheit, insbesondere für elektrisch angetriebene Fahrzeuge. Derartige Fahrzeuge weisen entsprechend einen Elektromotor auf, der einen Rotor, einen Stator, einen Statorträger, eine Leistungselektronik und ein erfindungsgemäßes Kühlsystem umfasst, wobei der Statorträger als Wärmeleitmittel ausgebildet ist.The invention also creates an electric drive unit, in particular for electrically powered vehicles. Vehicles of this type correspondingly have an electric motor which comprises a rotor, a stator, a stator carrier, power electronics and a cooling system according to the invention, with the stator carrier being designed as a heat-conducting means.

Ferner schafft die Erfindung ein Elektrofahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit, welche ein erfindungsgemäßes Kühlsystem umfasst.Furthermore, the invention creates an electric vehicle with an electric drive unit, which includes a cooling system according to the invention.

Außerdem schafft die Erfindung ein Verfahren zum Kühlen einer elektrischen Antriebseinheit, welches die Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems vorsieht, bei dem das Kühlfluid auf eine Zulauftemperatur temperiert und in den Kühlkanal gefördert wird. Die erste Wärmequelle sowie die zweite Wärmequelle übertragen jeweils Wärme auf das Wärmeleitmittel, welches die Wärme wiederum auf das Kühlfluid überträgt. Anschließend wird das Kühlfluid aus dem Kühlkanal gefördert.In addition, the invention creates a method for cooling an electric drive unit, which provides for the provision of a cooling system according to the invention, in which the cooling fluid is tempered to an inlet temperature and conveyed into the cooling channel. The first heat source and the second heat source each transfer heat to the heat conducting means, which in turn transfers the heat to the cooling fluid. The cooling fluid is then conveyed out of the cooling channel.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem ermöglicht eine verbesserte Kühlwirkung gegenüber bekannten Kühlsystemen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Bauraum, der bei bekannten Kühlsystemen durch eine radial zur Kühlhülse angeordnete zweite Wärmequelle eingenommen ist, nunmehr für die Ausbildung der Kühlhülse selbst genutzt werden kann. Die zweite Wärmequelle, insbesondere eine Leistungselektronik, ist dabei entlang der Längsachse der Kühlhülse axial zur ersten Wärmequelle, insbesondere einem Stator, angeordnet. Das Wärmeleitmittel ist dazu ausgebildet, sowohl die erste Wärmequelle als auch die zweite Wärmequelle wärmeleitend zu kontaktieren und so für eine Wärmeableitung zu sorgen.The cooling system according to the invention enables an improved cooling effect compared to known cooling systems. This is achieved in that the installation space, which in known cooling systems is occupied by a second heat source arranged radially with respect to the cooling sleeve, can now be used for the formation of the cooling sleeve itself. The second heat source, in particular power electronics, is arranged along the longitudinal axis of the cooling sleeve, axially with respect to the first heat source, in particular a stator. The heat conducting means is designed to make thermally conductive contact with both the first heat source and the second heat source and thus ensure heat dissipation.

Dabei umfasst das Wärmeleitmittel einen Lagerschild, insbesondere für einen Antriebs-Elektromotor bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, welcher Lagerschild auf der Längsachse zwischen der ersten Wärmequelle und der zweiten Wärmequelle angeordnet ist. Ein solcher Lagerschild stellt insbesondere in Elektromotoren eine bekannte Komponente dar. Er dient dazu, Lager, insbesondere Wälzlager, zu fassen, an denen bewegliche Teile des Elektromotors, insbesondere der Rotor bzw. eine Abtriebswelle, positioniert und gelagert werden können. In besonders vorteilhafter Weise ist es der Anmelderin gelungen, den Lagerschild neben seiner Funktion als Lagersitz im Rahmen seiner wärmeleitenden Eigenschaften als Teil des Kühlsystems zu nutzen. Dies kann in Form einer wärmeleitenden Verbindung des Lagerschilds mit dem Statorträger erfolgen oder indem der Lagerschild konstruktiv ausgebildete, wärmeleitende Elemente aufweist, über die der Lagerschild mit dem Wärmeleitmittel verbunden ist. Die Anordnung des Lagerschilds zwischen der ersten Wärmequelle, die als Stator ausgebildet sein kann, und der zweiten Wärmequelle, die als Leistungselektronik ausgebildet sein kann, ist mit dem Vorteil verbunden, dass sowohl die erste als auch die zweite Wärmequelle über den Lagerschild, der Teil des Wärmeleitmittels ist, einen Wärmestrom an das Kühlfluid übertragen können. Mit anderen Worten kann der Lagerschild einen Bestandteil des Wärmeleitmittels darstellen.In this case, the heat-conducting means comprises a bearing plate, in particular for a drive electric motor in an electrically powered vehicle, which bearing plate is arranged on the longitudinal axis between the first heat source and the second heat source. Such an end shield is a known component, particularly in electric motors. It is used to hold bearings, particularly roller bearings, on which moving parts of the electric motor, particularly the rotor or an output shaft, can be positioned and mounted. In a particularly advantageous manner, the applicant has succeeded in using the end shield as part of the cooling system in addition to its function as a bearing seat within the scope of its heat-conducting properties. This can take place in the form of a thermally conductive connection of the bearing plate to the stator carrier or by the bearing plate having structurally designed, thermally conductive elements via which the bearing plate is connected to the heat-conducting means. The arrangement of the end shield between the first heat source, which can be designed as a stator, and the second heat source, which can be designed as power electronics, has the advantage that both the first and the second heat source can be connected via the end shield, which is part of the Heat conduction is able to transfer a heat flow to the cooling fluid. In other words, the end shield can be part of the heat-conducting means.

Der Kühlkanal ist durch einen Hohlraum gebildet, der zwischen der Kühlhülse und dem Wärmeleitmittel angeordnet ist. Die Geometrie des Kühlkanals ist dabei zumindest teilweise durch eine Innenkontur der Kühlhülse bestimmt, wodurch diese derart ausgestaltet werden kann, um das Kühlfluid entlang definierter Bahnen zu führen. Insbesondere kann die Innenkontur der Kühlhülse Vertiefungen (Wellentäler bzw. Wellenberge), Rillen oder Nuten aufweisen, die längs und/oder quer zur Längsachse der Kühlhülse ausgebildet sind, um dadurch in Zusammenwirkung mit der Oberfläche des Wärmeleitmittels einen Kühlkanal auszubilden, der dementsprechend ebenfalls längs und/oder quer zur Längsachse verläuft, vorzugsweise schraubenförmig.The cooling channel is formed by a cavity that is arranged between the cooling sleeve and the heat-conducting means. The geometry of the cooling channel is at least partially determined by an inner contour of the cooling sleeve, as a result of which it can be designed in such a way that the cooling fluid can be guided along defined paths. In particular, the inner contour of the cooling sleeve can have indentations (wave troughs or wave crests), grooves or grooves, which are formed lengthwise and/or transversely to the longitudinal axis of the cooling sleeve, in order to form a cooling channel in cooperation with the surface of the heat-conducting means, which accordingly also runs lengthwise and / or transverse to the longitudinal axis, preferably helically.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Kühlhülse entlang ihrer Längsachse eine andere, insbesondere kürzere, Baulänge aufweist als das Wärmeleitmittel. It is within the scope of the invention for the cooling sleeve to have a different, in particular shorter, overall length along its longitudinal axis than the heat-conducting means.

Insbesondere kann lediglich die erste Wärmequelle in einem Bereich entlang der Längsachse der Kühlhülse angeordnet sein, während die zweite Wärmequelle nicht unmittelbar von der Kühlhülse umgeben ist. Der Wärmestrom der zweiten Wärmequelle fließt in diesem Fall zunächst entlang des Wärmeleitmittels in einen Bereich, in dem die Kühlhülse angeordnet ist, und wird dort vom Kühlfluid aufgenommen und abtransportiert.In particular, only the first heat source can be arranged in a region along the longitudinal axis of the cooling sleeve, while the second heat source is not directly surrounded by the cooling sleeve. In this case, the flow of heat from the second heat source initially flows along the heat-conducting means into an area in which the cooling sleeve is arranged, and is absorbed there by the cooling fluid and transported away.

Durch die axiale Anordnung von erster und zweiter Wärmequelle lassen sich die Abmessungen der Kühlkanäle an sich insbesondere in radialer Richtung, d.h. quer zu zur Längsachse vergrößern und somit größere Volumendurchsätze des Kühlfluids erreichen. Zusätzlich oder alternativ kann bei gleich großer Kühlhülse bzw. gleich großem Kühlkanal der erforderliche radiale Bauraum verkleinert werden, was gerade im Fahrzeugbau vorteilhaft ist. Da das Wärmeleitmittel zumindest teilweise auch zur wärmeleitenden Kontaktierung der ersten Wärmequelle dient, liegt ein hohes Maß an Funktionsintegration vor. Damit lassen sich insbesondere Kosten in der Herstellung des erfindungsgemäßen Kühlsystems reduzieren.Due to the axial arrangement of the first and second heat source, the dimensions of the cooling channels can be increased, in particular in the radial direction, i.e. transversely to the longitudinal axis, and thus larger volume throughputs of the cooling fluid can be achieved. Additionally or alternatively, the required radial installation space can be reduced with the same size cooling sleeve or cooling channel, which is particularly advantageous in vehicle construction. Since the heat-conducting means is at least partially also used for heat-conducting contact with the first heat source, there is a high degree of functional integration. In this way, in particular, costs can be reduced in the production of the cooling system according to the invention.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Wärmeleitmittel einen Statorträger, insbesondere einen hülsenförmigen Statorträger, für einen Antriebs-Elektromotor.In a further preferred configuration, the heat-conducting means comprises a stator carrier, in particular a sleeve-shaped stator carrier, for an electric drive motor.

Ein solcher Statorträger stellt einen bekannten und fachüblichen Bestandteil von Elektromotoren dar und dient sowohl der Umhausung als auch der Lagerung des Stators. Der Statorträger ist regelmäßig hülsenförmig in einem metallischen Werkstoff ausgebildet und weist eine (kreis-)zylindrische Außen- und Innenfläche auf. Die Außenfläche kann in besonderem Maße dafür geeignet sein, mit der Kühlhülse verbunden zu werden, wodurch der Kühlkanal gebildet werden kann. Damit kann der Statorträger alle wesentlichen Anforderungen an das Wärmeleitmittel aufweisen, mit welchem Wärmeleitmittel bevorzugt sowohl die erste Wärmequelle als auch die zweite Wärmequelle wärmeleitend kontaktiert werden kann. Dadurch kann der Bedarf an einer weiteren Komponente zur Bildung eines Wärmeleitmittels vollständig entfallen, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können.Such a stator carrier is a known and customary part of electric motors and is used both to enclose and to support the stator. The stator carrier is regularly sleeve-shaped in a metallic material and has a (circular) cylindrical outer and inner surface. The outer surface can be particularly suitable for being connected to the cooling sleeve, as a result of which the cooling channel can be formed. In this way, the stator carrier can have all the essential requirements for the heat-conducting means, with which heat-conducting means can preferably be thermally conductively contacted both the first heat source and the second heat source. This completely eliminates the need for an additional component to form a thermal conduction means, thereby reducing manufacturing costs.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass die zweite Wärmequelle an einer Trägerplatte angeordnet ist, welche Trägerplatte mechanisch, insbesondere lösbar, vorzugsweise über Schrauben, oder stoffschlüssig mit dem Lagerschild verbunden ist, höchst vorzugsweise auf einer der ersten Wärmequelle abgewandten Seite des Lagerschilds. Dies schafft eine einfache Möglichkeit der Anordnung der zweiten Wärmequelle. Diese kann schon von einer Montage auf/an der Trägerplatte montiert sein, sodass sich ein modularer Aufbau ergibt.In a further preferred embodiment of the cooling system according to the invention, it can be provided that the second heat source is arranged on a carrier plate, which carrier plate is connected mechanically, in particular detachably, preferably via screws, or with a material connection to the bearing plate, most preferably on a side facing away from the first heat source of the bearing shield. This creates a simple way of arranging the second heat source. This can already be mounted on/on the carrier plate by an assembly, resulting in a modular structure.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Wärmequelle an einer Trägerplatte angeordnet, welche Trägerplatte mechanisch, insbesondere lösbar, vorzugsweise über Schrauben, mit dem Lagerschild verbunden ist, höchstvorzugsweise auf einer der ersten Wärmequelle abgewandten Seite des Lagerschilds. Bei der Trägerplatte kann es sich um eine Leiterplatte oder dgl. handeln.In a further preferred embodiment, the second heat source is arranged on a carrier plate, which carrier plate is mechanically, in particular releasably, preferably via screws, connected to the bearing plate, most preferably on a side of the bearing plate facing away from the first heat source. The carrier plate can be a printed circuit board or the like.

Durch Anordnung der zweiten Wärmequelle an der Trägerplatte ergibt sich der Vorteil einer Funktionstrennung zwischen wärmeleitenden und mechanischen Verbindungen. Während die Trägerplatte insbesondere über Schraubverbindungen am Lagerschild befestigt werden kann, wo dieser eine große Wandstärke aufweist, kann die zweite Wärmequelle an Positionen des Lagerschilds angeordnet sein, wo dieser hingegen nur geringe Wandstärken aufweist. Damit ergeben sich jeweils individuelle Vorteile für die mechanische und die wärmeleitende Verbindung der Wärmequelle mit dem Lagerschild. Ferner gehen mit der Anordnung der zweiten Wärmequelle auf einer Trägerplatte Vorteile bei der Montage des Kühlsystems einher, da die zweite Wärmequelle in einem vorgelagerten Montageschritt an der Trägerplatte angeordnet werden kann, um anschließend mit geringem Aufwand in der Handhabung direkt am Lagerschild montiert zu werden.By arranging the second heat source on the carrier plate, there is the advantage of functional separation between heat-conducting and mechanical connections. While the support plate can be fastened to the bearing plate, in particular via screw connections, where the latter has a large wall thickness, the second heat source can be arranged at positions on the bearing plate where, on the other hand, it has only small wall thicknesses. This results in individual advantages for the mechanical and thermally conductive connection of the heat source to the end shield. Furthermore, arranging the second heat source on a support plate is associated with advantages when assembling the cooling system, since the second heat source can be arranged on the support plate in an upstream assembly step, so that it can then be mounted directly on the end shield with little handling effort.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass die Trägerplatte aus einem gut wärmeleitenden Material ausgebildet ist, vorzugsweise Metall, insbesondere Aluminium oder Kupfer. Dies erleichtert die Abgabe von Wärme von der zweiten Wärmequelle an die Trägerplatte, von wo sie leicht weiter dissipiert werden kann.In a further preferred embodiment of the cooling system according to the invention, it can be provided that the support plate is made of a material with good thermal conductivity, preferably metal, in particular aluminum or copper. This facilitates the transfer of heat from the second heat source to the backing plate, from where it can easily be further dissipated.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass die Trägerplatte kreisförmig oder kreisringförmig ausgebildet ist. Somit lassen sich insbesondere auch Ausgestaltungen realisieren, bei denen eine (Abtriebs-)Welle eines Elektromotors den Lagerschild und die Trägerplatte durchsetzt.In a further preferred embodiment of the cooling system according to the invention, it can be provided that the support plate is circular or annular. In this way, it is also possible in particular to realize configurations in which an (output) shaft of an electric motor passes through the bearing plate and the carrier plate.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass die zweite Wärmequelle mittels einer wärmeleitenden Zwischenschicht, insbesondere einer Wärmeleitpaste, mit der Trägerplatte verbunden ist. Dadurch lässt sich die Wärmeableitung noch verbessern.In a further preferred embodiment of the cooling system according to the invention, it can be provided that the second heat source is connected to the carrier plate by means of a heat-conducting intermediate layer, in particular a heat-conducting paste. This further improves heat dissipation.

Durch Einbringung einer wärmeleitenden Zwischenschicht, insbesondere in Form einer Wärmeleitpaste, kann die Kontaktfläche zwischen der zweiten Wärmequelle und Trägerplatte vergrößert werden, ohne dass die Geometrien beider Komponenten in besonderer Weise aneinander angeglichen werden müssen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei der zweiten Wärmequelle um eine Leistungselektronik handelt, die elektronische Komponenten umfasst, welche bauartbedingt Geometrien aufweisen, die nicht ohne weiteres an äußere Gegebenheiten angepasst werden können. Somit kann die Kühlwirkung ohne konstruktive Anpassungen erhöht werden.By introducing a thermally conductive intermediate layer, in particular in the form of a heat conductive paste, the contact surface between the second heat source and the carrier plate can be increased without the geometries of both components having to be adapted to one another in a special way. This is particularly advantageous when the second heat source is power electronics, which includes electronic components which, due to their design, have geometries that cannot easily be adapted to external conditions. The cooling effect can thus be increased without structural adjustments.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass der Lagerschild wenigstens einen fluidleitenden Kühlkanalfortsatz umfasst, welcher Kühlkanalfortsatz direkt oder indirekt fluidleitend mit dem Kühlkanal verbunden ist. Durch Einleiten von Kühlfluid in den Kühlkanalfortsatz lässt sich besonders gut Abwärme der zweiten Wärmequelle über den Lagerschild und ggf. über die Trägerplatte abführen.In a further preferred embodiment of the cooling system according to the invention, it can be provided that the end shield comprises at least one fluid-conducting cooling channel extension, which cooling channel extension is directly or indirectly fluid-conductingly connected to the cooling channel. By introducing cooling fluid into the cooling channel extension, waste heat from the second heat source can be dissipated particularly well via the end shield and possibly via the carrier plate.

Der Kühlkanalfortsatz stellt einen zusätzlichen Fluidweg für das Kühlfluid dar, der ganz oder teilweise in dem oder an dem Lagerschild ausgebildet sein kann. Mit ihm kann der fluidleitende Bereich des Kühlsystems physisch bzw. geometrisch verlängert werden, wodurch eine größere Menge an Kühlfluid zu der ersten und zu der zweiten Wärmequelle geführt werden kann. Dadurch lässt sich die Kühlwirkung des Kühlsystems insgesamt erhöhen.The cooling channel extension represents an additional fluid path for the cooling fluid, which can be formed entirely or partially in or on the end shield. With it, the fluid-conducting area of the cooling system can be physically or geometrically lengthened, as a result of which a larger quantity of cooling fluid can be routed to the first and to the second heat source. As a result, the overall cooling effect of the cooling system can be increased.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass Form und Lage des Kühlkanalfortsatzes nicht auf eine bestimmte Ausgestaltung beschränkt sind. Vielmehr kann es sich bei dem Kühlkanalfortsatz um eine Schar einzelner fluidleitender Kanäle handeln, die mit dem Kühlkanal fluidleitend verbunden sind, oder auch um einen geschlossenen Hohlraum, in welchen das Kühlfluid aus dem Kühlkanal einströmt, dort zirkuliert und aus diesem wieder austritt.It is within the scope of the invention that the shape and position of the cooling channel extension are not limited to a specific configuration. Rather, the cooling channel extension can be a group of individual fluid-conducting channels that are fluidly connected to the cooling channel, or else a closed cavity into which the cooling fluid flows from the cooling channel, circulates there and exits again.

In jedem Fall ist es somit möglich, auch den Lagerschild und ggf. darin oder daran angeordnete weitere Komponenten, wie Lager, Wellen oder dgl., gezielt zu kühlen, was im Betrieb von Vorteil sein kann.In any case, it is thus also possible to specifically cool the end shield and, if necessary, other components arranged therein or on it, such as bearings, shafts or the like, which can be advantageous during operation.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanalfortsatz axial auf einer von der ersten Wärmequelle abgewandten Seite nach außen öffnet. Dadurch wird es möglich, das Kühlfluid gezielt durch den Lagerschild hindurch bis in den Bereich der zweiten Wärmequelle zu führen.In a further preferred embodiment of the cooling system according to the invention, it can be provided that the cooling channel extension opens outwards axially on a side facing away from the first heat source. This makes it possible to conduct the cooling fluid in a targeted manner through the bearing plate into the area of the second heat source.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass die Trägerplatte den wenigstens einen Kühlkanalfortsatz verschließt. Die Trägerplatte kann somit direkt mit dem Kühlfluid in Berührung kommen, wodurch effizient Abwärme von der zweiten Wärmequelle abführbar ist. Bevorzugt verschließt die Trägerplatte den Kühlkanalfortsatz in axialer Richtung nach außen, d.h. auf einer von der ersten Wärmequelle abgewandten Seite.In a further preferred embodiment of the cooling system according to the invention, it can be provided that the carrier plate closes the at least one cooling channel extension. The carrier plate can thus come into direct contact with the cooling fluid, as a result of which waste heat can be efficiently dissipated from the second heat source. The carrier plate preferably closes the cooling channel extension outwards in the axial direction, i.e. on a side facing away from the first heat source.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann vorgesehen sein, dass der Lagerschild zumindest teilweise mittels Umformung, insbesondere tiefgezogen, und/oder mittels Urformung, insbesondere gegossen oder generativ gefertigt, ausgestaltet ist. Insbesondere Stahl kommt hierbei als Werkstoff in Betracht. Stahl kann mit Kupfer oder Aluminium stoffschlüssig (z.B. durch Schweißen) verbunden werden, sodass eine einfache Möglichkeit der (dichtenden) Anbindung für die Trägerplatte gegeben ist.In a further preferred embodiment of the cooling system according to the invention, it can be provided that the end shield is at least partially designed by means of forming, in particular deep-drawn, and/or by means of primary forming, in particular cast or generatively manufactured. In particular, steel comes into consideration here as a material. Steel can be bonded to copper or aluminum (e.g. by welding), so that there is a simple way of (sealing) the connection for the carrier plate.

Mit der Ausbildung des Lagerschilds als umgeformte, insbesondere tiefgezogene Komponente gehen Vorteile beim Bauteilgewicht einher, insbesondere dann, wenn der Lagerschild als Blechkomponente oder Blechbauteil ausgebildet ist. Das geringe Bauteilgewicht wirkt sich, wie weiter oben beschrieben, positiv auf die erforderliche Kühlleistung in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen aus.The design of the end shield as a formed, in particular deep-drawn component is associated with advantages in terms of component weight, particularly when the end shield is designed as a sheet metal component or sheet metal part. As described above, the low component weight has a positive effect on the required cooling capacity in electrically powered vehicles.

Durch eine urformende Herstellung des Lagerschilds, insbesondere mittels Gussverfahren, können höhere Bauteilsteifigkeiten erreicht werden, wodurch das Kühlsystem insgesamt vorteilhafterweise nur geringfügig verformbar ausgestaltet sein kann und damit insbesondere gegebenenfalls vorhandene Fügestellen, wie Schweißnähte oder Verschraubungen, nur gering belastet werden. Darüber hinaus lassen sich insbesondere durch die Verwendung von Gusskernen oder den Einsatz generativer Verfahren Hohlräume ausbilden, die sich positiv auf die erreichbare Kühlwirkung sowie das Gewicht des Lagerschilds auswirken können. Dies betrifft insbesondere die Herstellung und Ausgestaltung des oben erwähnten wenigstens einen Kühlkanalfortsatzes. Der Kühlkanalfortsatz kann in der Ausbildung des Lagerschilds als Gussbauteil mittels eines Kerns bereits während der Herstellung gebildet werden oder durch einen nachgelagerten, zerspanenden Fertigungsschritt, bei dem der Kühlkanalfortsatz in den Lagerschild gebohrt oder gefräst wird. Ebenso ist es möglich, dass ein oder mehrere komplexe räumliche Verläufe des Kühlkanalfortsatzes durch einen generativen Herstellungsprozess erzeugt werden.Higher component rigidities can be achieved by producing the end shield by primary shaping, in particular by means of a casting process, which means that the cooling system can advantageously be designed to be only slightly deformable overall and therefore any joints that may be present, such as welds or screw connections, are only slightly stressed. In addition, cavities can be formed, in particular through the use of cast cores or the use of additive processes, which can have a positive effect on the achievable cooling effect and the weight of the end shield. This relates in particular to the manufacture and design of the at least one cooling channel extension mentioned above. The cooling channel extension can be formed in the design of the bearing plate as a cast component by means of a core during production or by a subsequent machining step in which the cooling channel extension is drilled or milled into the bearing plate. It is also possible that one or more complex spatial profiles of the cooling channel extension are generated by an additive manufacturing process.

Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, den Lagerschild als eine Kombination aus umgeformten und urgeformten Komponenten auszubilden. Damit lassen sich charakteristische Vorteile beider Herstellungsverfahrensarten gleichzeitig nutzen.It is also within the scope of the invention to form the end shield as a combination of formed and primary formed components. This allows the characteristic advantages of both types of manufacturing processes to be used at the same time.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Kühlhülse zumindest abschnittsweise gewellt und vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet, wobei der Kühlkanal zumindest abschnittweise eine Kühlkanalgeometrie aufweist, die einer Wellengeometrie der Kühlhülse entspricht.In a further preferred embodiment, the cooling sleeve is corrugated at least in sections and is preferably formed from a metallic material, with the cooling channel having a cooling channel geometry at least in sections which corresponds to a corrugated geometry of the cooling sleeve.

Die Ausbildung einer gewellten Kühlhülse kann im Vergleich zu einer zylindrisch ausgestalteten Kühlhülse mit einer größeren Oberfläche an der Außenseite der Kühlhülse einhergehen. Damit wird ein möglicher Kühlungseffekt verstärkt, der mit einer niedrigen Umgebungstemperatur im Bereich der Außenseite der Kühlhülse einhergehen kann. Insbesondere kann die Wellenform durch eine Ausführung der Kühlhülse als Balg oder (Ring-)Wellschlauch verkörpert werden. Damit lässt sich eine definierte Verformbarkeit der Kühlhülse realisieren, insbesondere quer zu ihrer Längsachse.The design of a corrugated cooling sleeve can be associated with a larger surface area on the outside of the cooling sleeve in comparison to a cylindrical cooling sleeve. A possible cooling effect, which can be associated with a low ambient temperature in the region of the outside of the cooling sleeve, is thus intensified. In particular, the waveform can be embodied by designing the cooling sleeve as a bellows or (annular) corrugated hose. A defined deformability of the cooling sleeve can thus be implemented, in particular transversely to its longitudinal axis.

Darüber hinaus geht eine Kühlhülse, die als Balg oder (Ring-)Wellschlauch ausgeführt ist, mit variierbaren Längen einher, wodurch Wärmeleitmittel unterschiedlicher Längen mit einer einzigen Bauform der balgartigen Kühlhülse umschlossen werden können. Für die Herstellung einer solchen Kühlhülse aus dünnem Metallblech lassen sich relativ kostengünstige und gut beherrschbare Umformverfahren nutzen. Dabei ist die resultierende Kühlhülse von leichtem Gewicht, was gerade im Fahrzeugbau von Vorteil ist. Insbesondere bei elektrischen Fahrzeugen wirkt sich ein geringes Gewicht positiv auf die erforderliche Kühlleistung des Kühlsystems aus, da durch die elektrischen Antriebe geringere Massen beschleunigt und durch den Elektromotor somit geringere Momente bereitgestellt werden müssen. Diese gehen wiederum mit geringen Stromstärken einher, weshalb zumindest die erste Wärmequelle in Form des Stators eine geringere Wärme auf das Kühlsystem überträgt.In addition, a cooling sleeve, which is designed as a bellows or (annular) corrugated hose, is associated with variable lengths, as a result of which heat-conducting means of different lengths can be enclosed with a single design of the bellows-like cooling sleeve. Relatively inexpensive and easily controllable forming processes can be used to produce such a cooling sleeve from thin sheet metal. The resulting cooling sleeve is light in weight, which is particularly advantageous in vehicle construction. In electric vehicles in particular, a low weight has a positive effect on the required cooling capacity of the cooling system, since the electric drives accelerate lower masses and the electric motor therefore has to provide lower torques. These in turn are associated with low current levels, which is why at least the first heat source in the form of the stator transfers less heat to the cooling system.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Kühlkanal entlang der Längsachse und/oder um die Längsachse herum zumindest abschnittsweise wendelförmig oder schraubengangförmig ausgebildet.In a further preferred embodiment, the cooling channel is embodied helically or in the form of a screw thread at least in sections along the longitudinal axis and/or around the longitudinal axis.

Eine wendelförmige Ausgestaltung des Kühlkanals geht mit dem Vorteil einher, dass ein Kühlfluid sowohl über den Umfang des Wärmeleitmittels geleitet werden kann, als auch über die Länge der Kühlhülse. Der wendelförmige Verlauf des Kühlkanals kann eine Steigung aufweisen, welche konstruktiv festgelegt ist. Gemeinsam mit einer nominalen Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids kann über die Steigung zumindest teilweise festgelegt werden, über welche Zeitdauer ein gewisser Wärmeeintrag in das Kühlfluid erfolgt. Ferner kann die Steigung des wendelförmigen Kühlkanals in Wechselwirkung mit dem Durchmesser des Kühlkanals stehen. Eine wendelförmige Ausbildung des Kühlkanals geht somit insgesamt mit einer guten Einstellbarkeit der Kühlwirkung einher.A helical configuration of the cooling channel is associated with the advantage that a cooling fluid can be conducted both over the circumference of the heat-conducting means and over the length of the cooling sleeve. The helical course of the cooling duct can have a slope which is structurally determined. Together with a nominal flow rate of the cooling fluid, the slope can be used to at least partially determine the length of time over which a certain amount of heat is introduced into the cooling fluid. Furthermore, the pitch of the helical cooling channel can interact with the diameter of the cooling channel. A helical design of the cooling duct is therefore associated overall with good adjustability of the cooling effect.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Kühlhülse stoffschlüssig in wenigstens einem Fügebereich mit dem Wärmeleitmittel verbunden, insbesondere um den Kühlkanal in dem Fügebereich dichtend auszubilden.In a further preferred embodiment, the cooling sleeve is materially connected to the heat-conducting means in at least one joining area, in particular in order to form the cooling channel in a sealing manner in the joining area.

Eine stoffschlüssige Verbindung der Kühlhülse mit dem Wärmeleitmittel kann in einem oder mehreren Fügebereichen erfolgen, die gleichmäßig oder ungleichmäßig über die Längsachse verteilt sein können. Im Falle einer gewellten Kühlhülse können sich insbesondere Bereiche geringer Querschnitte (Wellentäler) dazu eignen, mit der Außenseite des Wärmeleitmittels in Kontakt zu stehen und in diesen Bereichen mit dem Wärmeleitmittel verlötet, verklebt oder verschweißt werden. Dadurch lassen sich durch gas- und fluiddichte Verbindung der Kühlhülse mit dem Wärmeleitmittel definierte separate Bereiche des Kühlkanals schaffen, wodurch eine Vermengung des Kühlfluids benachbarter Bereiche und entsprechend eine verminderte Kühlwirkung vermieden werden kann.A cohesive connection of the cooling sleeve to the heat-conducting means can take place in one or more joining areas, which can be distributed uniformly or non-uniformly over the longitudinal axis. In the case of a corrugated cooling sleeve, areas with small cross-sections (corrugation troughs) can be particularly suitable for being in contact with the outside of the heat-conducting means and being soldered, glued or welded to the heat-conducting means in these areas. As a result, defined separate areas of the cooling channel can be created by connecting the cooling sleeve to the heat-conducting means in a gas- and fluid-tight manner, as a result of which mixing of the cooling fluid in adjacent areas and a correspondingly reduced cooling effect can be avoided.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Lagerschild wenigstens einen axialen Durchbruch auf, welcher Durchbruch dazu vorgesehen und ausgebildet ist, die erste Wärmequelle und/oder die zweite Wärmequelle zu kontaktieren, insbesondere elektrisch zu kontaktieren, beispielsweise mittels eines durch den Durchbruch geführten Kabels oder dgl.In a further preferred embodiment, the end shield has at least one axial opening, which opening is provided and designed to contact the first heat source and/or the second heat source, in particular to make electrical contact, for example by means of a cable routed through the opening or the like.

Der Vorteil des axialen Durchbruches zum Kontaktieren der ersten und der zweiten Wärmequelle geht mit einer hohen Funktionsintegration im Lagerschild einher. Dieser weist neben seiner Funktion als kraft- und wärmeübertragendes Element somit auch die Möglichkeit auf, Leiter, insbesondere elektrische Leiter, eindeutig und sicher zu positionieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die erste und/oder die zweite Wärmequelle Erschütterungen oder unvorhersehbaren Relativbewegungen zueinander unterworfen sind, durch die eine Kontaktierung zwischen den Wärmequellen beschädigt oder ihre Verbindung zu den Wärmequellen sich lösen könnte. Vorzugsweise kann der axiale Durchbruch Dichtungen oder Zugentlastungen enthalten, um die beschriebenen Vorteile in besonderem Maße zu erreichen. Ferner bietet der axiale Durchbruch die Möglichkeit, die Kontaktierung ausschließlich innerhalb eines abgedichteten Innenraums des Wärmeleitmittels auszubilden. Damit lassen sich insbesondere elektrische Kontaktierungen vor äußeren Umgebungseinflüssen schonen, wodurch die Kontaktierung eine höhere Lebensdauer im Betrieb erreichen kann.The advantage of the axial breakthrough for contacting the first and the second heat source goes hand in hand with a high degree of functional integration in the end shield. In addition to its function as a power and heat-transmitting element, this also has the option of clearly and securely positioning conductors, in particular electrical conductors. This is particularly advantageous when the first and/or the second heat source are subjected to vibrations or unpredictable movements relative to one another, which could damage contact between the heat sources or loosen their connection to the heat sources. The axial opening can preferably contain seals or strain reliefs in order to achieve the advantages described to a particular extent. Furthermore, the axial opening offers the possibility of forming the contact exclusively within a sealed interior of the heat-conducting means. This allows in particular electrical contacts before external Protect against environmental influences, which means that the contact can achieve a longer service life in operation.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Wärmeleitmittel einen radialen Durchbruch auf, mit welchem der Kühlkanal fluidleitend verbunden ist.In a further preferred embodiment, the heat-conducting means has a radial opening to which the cooling channel is connected in a fluid-conducting manner.

Durch Ausbildung eines radialen Durchbruches kann das Kühlfluid von einem Außenbereich des Wärmeleitmittels in seinen Innenbereich geleitet werden, wodurch die abzuleitenden Wärmeströme, insbesondere aus dem Inneren einer elektrischen Maschine, verzweigt werden können, um auf diese Weise unterschiedliche, räumlich getrennte Bereiche kühlen zu können.By forming a radial opening, the cooling fluid can be conducted from an outer area of the heat-conducting means into its inner area, whereby the heat flows to be dissipated, in particular from the interior of an electrical machine, can be branched out in order to be able to cool different, spatially separate areas in this way.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist ein Gehäuse vorgesehen, das zur Umhausung der zweiten Wärmequelle entlang der Längsrichtung axial an dem Wärmeleitmittel angeordnet ist.In a further development of the cooling system according to the invention, a housing is provided which is arranged axially on the heat-conducting means to enclose the second heat source along the longitudinal direction.

Vorteilhaft ist in dieser Ausführungsform, dass die Umhausung (das Gehäuse) der zweiten Wärmequelle losgelöst von der Gestalt des Wärmeleitmittels ausgestaltet sein kann. Dies kann insbesondere dann notwendig sein, wenn die zweite Wärmequelle unterschiedliche Formen aufweisen kann oder je nach Bauform unterschiedliche Wärmemengen abgegeben werden. Um dem entgegenzuwirken, kann der Lagerschild einen ersten Teil des Fluidkanalfortsatzes enthalten, welcher einheitlich ausgebildet ist, während ein anderer Teil desselben Fluidkanalfortsatzes jeweils individuell im anzubringenden Gehäuse zur Umhausung der zweiten Wärmequelle ausgebildet sein kann. Damit lassen sich durch eine einheitliche Gestaltung des Lagerschilds und einer individuellen Gestaltung des Gehäuses individuelle Varianten des Kühlkanalfortsatzes ausbilden. Dadurch wird die Kühlwirkung weiter verbessert.In this embodiment, it is advantageous that the housing (housing) of the second heat source can be configured separately from the shape of the heat-conducting means. This can be necessary in particular if the second heat source can have different shapes or different amounts of heat are emitted depending on the design. In order to counteract this, the end shield can contain a first part of the fluid channel extension, which is formed unitarily, while another part of the same fluid channel extension can each be formed individually in the housing to be attached for enclosing the second heat source. Individual variants of the cooling channel extension can thus be formed by a uniform design of the end shield and an individual design of the housing. This further improves the cooling effect.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems weist der Lagerschild eine Flanschfläche oder eine andere Art von Verbindungsfläche auf, die dazu ausgebildet ist, das Gehäuse lösbar, insbesondere durch Verschraubung, an dem Lagerschild anzuordnen.In a further preferred configuration of the cooling system according to the invention, the bearing plate has a flange surface or another type of connection surface which is designed to arrange the housing on the bearing plate in a detachable manner, in particular by screwing.

Der Vorteil, der mit einer solchen Verbindungsfläche oder Flanschfläche einhergeht, liegt in der einfachen Positionierbarkeit des Gehäuses an dem Lagerschild. Damit lassen sich Fehler während der Montage beider Komponenten vermeiden und Fehlerkosten reduzieren.The advantage associated with such a connecting surface or flange surface is that the housing can be easily positioned on the end shield. This avoids errors during the assembly of both components and reduces error costs.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Gehäuse und/oder die Flanschfläche (jeweils) eine Anschlussöffnung auf, um einen Innenbereich des Gehäuses mit dem Kühlfluid oder einem weiteren Kühlfluid zu beaufschlagen. Wenn es sich bei der zweiten Wärmequelle um ein elektronisches Bauteil handelt, kommt als weiteres Kühlfluid insbesondere ein (dielektrisches) Öl zum Einsatz.In a further preferred embodiment, the housing and/or the flange surface (each) has a connection opening in order to apply the cooling fluid or another cooling fluid to an interior area of the housing. If the second heat source is an electronic component, a (dielectric) oil in particular is used as a further cooling fluid.

Diese Ausführung schafft die Möglichkeit, das Kühlfluid (oder das weitere Kühlfluid) in den Innenbereich des Gehäuses zu leiten. Dadurch wird eine direkte wärmeleitende Kontaktierung der in dem Gehäuse angeordneten zweiten Wärmequelle mit dem (weiteren) Kühlfluid ermöglicht, wodurch die Kühlwirkung optimierbar ist. In einer möglichen Ausprägung dieser Ausführungsform ist die zweite Wärmequelle mit einer flexiblen oder starren Schlauchleitung oder einer anderen Art von Leitung umgeben, durch welche das (weitere) Kühlfluid strömt.This design makes it possible to conduct the cooling fluid (or the additional cooling fluid) into the interior of the housing. This enables direct thermally conductive contacting of the second heat source arranged in the housing with the (additional) cooling fluid, as a result of which the cooling effect can be optimized. In one possible form of this embodiment, the second heat source is surrounded by a flexible or rigid hose line or another type of line, through which the (additional) cooling fluid flows.

Es besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, das weitere Kühlfluid von dem Gehäuse weiter durch einen Durchbruch in dem Lagerschild in das Innere der ersten Wärmequelle (z.B. in den Bereich eines bei einem Elektromotor regelmäßig vorhandenen Rotors) zu leiten, um diese zusätzlich von innen zu entwärmen.In principle, there is also the possibility of conducting the further cooling fluid from the housing further through an opening in the end shield into the interior of the first heat source (e.g. in the area of a rotor that is regularly present in an electric motor) in order to additionally cool it from the inside.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Kühlhülse mindestens einen Einlass oder Zulaufbereich und mindestens einen Auslass oder Auslaufbereich auf, wobei der Zulaufbereich dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid in den Kühlkanal zu leiten und der Auslaufbereich dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid aus dem Kühlkanal abzuleiten.In a further preferred embodiment, the cooling sleeve has at least one inlet or inlet area and at least one outlet or outlet area, the inlet area being designed to conduct the cooling fluid into the cooling channel and the outlet area being designed to drain the cooling fluid out of the cooling channel.

Der Vorteil, der mit der räumlichen Trennung des Auslaufbereiches vom Zulaufbereich einhergeht, liegt darin, dass das einströmende Kühlfluid, das eine niedrigere Temperatur aufweist als das ausströmende Kühlfluid, nicht durch letzteres erwärmt wird. Damit steigt die erreichbare Effizienz des Kühlsystems.The advantage associated with the spatial separation of the outlet area from the inlet area is that the inflowing cooling fluid, which has a lower temperature than the outflowing cooling fluid, is not heated by the latter. This increases the achievable efficiency of the cooling system.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die dem erfindungsgemäßen Kühlsystem der Einlass bzw. Zulaufbereich und/oder der Auslass bzw. Auslaufbereich im Bereich des Lagerschilds angeordnet und vorzugsweise mit dem Kühlkanalfortsatz fluidleitend verbunden ist. Die Begriff „Einlass“ und „Zulaufbereich“ sowie „Auslass“ und „Auslaufbereich“ werden vorliegend synonym verwendet.In a further preferred embodiment, the inlet or inlet area and/or the outlet or outlet area of the cooling system according to the invention is arranged in the area of the bearing plate and is preferably connected to the cooling channel extension in a fluid-conducting manner. The terms “inlet” and “inlet area” as well as “outlet” and “outlet area” are used synonymously here.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Kühlsystem einen Wärmetauscher auf, welcher Wärmetauscher dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur zu temperieren, wobei die erste Temperatur im Wesentlichen einer Auslauftemperatur des Kühlfluides in dem Auslaufbereich entspricht und die zweite Temperatur im Wesentlichen einer Zulauftemperatur des Kühlfluides im Zulaufbereich entspricht.In a further preferred configuration, the cooling system has a heat exchanger, which heat exchanger is designed to regulate the temperature of the cooling fluid from a first temperature to a second temperature, with the first temperature essentially corresponding to an outlet temperature of the cooling fluid in the outlet area and the second temperature in the Essentially an inlet temperature of the cooling fluid in the inlet area.

Durch Ausbildung des Wärmetauschers als Bestandteil des Kühlsystems kann dieser mit einer Leistungsregelung betrieben werden, bei der die bereitgestellte Kühlleistung des Wärmetauschers in Abhängigkeit der Auslauftemperatur des Kühlfluides im Auslaufbereich geregelt wird. Dazu kann der Wärmetauscher ein Regelsystem aufweisen, das mit einem Temperatursensor in Verbindung steht. Der Temperatursensor kann dazu ausgebildet sein, die Auslauftemperatur zu erfassen und diese an das Regelsystem zu kommunizieren. Überschreitet die Auslauftemperatur einen vorgegebenen Grenzwert, so kann das Regelsystem daraus schließen, dass die erbrachte Kühlleistung des Wärmetauschers nicht ausreichend ist, um die Wärmeströme der ersten Wärmequelle und der zweiten Wärmequelle abzuführen. Ausgehend davon kann die Kühlleistung im Sinne einer PID-Regelung o.ä. geregelt werden. Unterschreitet die Auslauftemperatur hingegen denselben oder einen anderen Grenzwert, kann die Effizienz des Systems gesteigert werden, indem der Wärmetauscher auf eine geringere Kühlleistung geregelt wird.By configuring the heat exchanger as a component of the cooling system, it can be operated with a power control in which the cooling power provided by the heat exchanger is controlled as a function of the outlet temperature of the cooling fluid in the outlet area. For this purpose, the heat exchanger can have a control system that is connected to a temperature sensor. The temperature sensor can be designed to record the outlet temperature and to communicate this to the control system. If the outlet temperature exceeds a predetermined limit value, the control system can conclude that the cooling capacity provided by the heat exchanger is not sufficient to dissipate the heat flows from the first heat source and the second heat source. Based on this, the cooling capacity can be controlled in the sense of a PID control or similar. If, on the other hand, the outlet temperature falls below the same or a different limit value, the efficiency of the system can be increased by regulating the heat exchanger to a lower cooling capacity.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Zulaufbereich entlang der Längsachse axial in einem geringeren Abstand zu der zweiten Wärmequelle angeordnet als der Auslaufbereich.In a further preferred embodiment, the inlet area is arranged axially along the longitudinal axis at a smaller distance from the second heat source than the outlet area.

Durchläuft das Kühlfluid entlang der Längsachse Bereiche, in denen die erste Wärmequelle und die zweite Wärmequelle angeordnet sind, so wird das Kühlfluid zunächst von einer der beiden Wärmequellen und anschließend von der jeweils anderen Wärmequelle aufgeheizt. Im Falle von Elektromotoren, bei denen es sich bevorzugt bei der ersten Wärmequelle um einen Stator und bei der zweiten Wärmequelle um eine Leistungselektronik handelt, sind die übertragenen Wärmemengen nicht zwangsläufig gleichen Betrags. Insbesondere kann vom Stator, aufgrund seiner Bauform und dem Kontaktbereich zum Statorträger, eine größere Wärmemenge abgegeben werden, als durch die Leistungselektronik. If the cooling fluid passes through areas along the longitudinal axis in which the first heat source and the second heat source are arranged, the cooling fluid is first heated by one of the two heat sources and then by the respective other heat source. In the case of electric motors, in which the first heat source is preferably a stator and the second heat source is power electronics, the amounts of heat transferred are not necessarily of the same magnitude. In particular, due to its design and the contact area with the stator support, the stator can dissipate a larger amount of heat than the power electronics.

Wird das Kühlfluid folglich durch den Stator zu sehr aufgeheizt, mindert dies die Kühlwirkung des Kühlfluids im Bereich der Leistungselektronik. Um diesem Problem entgegenzuwirken, kann der Zulaufbereich im Bereich der zweiten Wärmequelle, insbesondere der Leistungselektronik angeordnet sein, sodass das Kühlfluid zunächst den Bereich der zweiten Wärmequelle durchströmt, bevor es zu der ersten Wärmequelle und von dort zum Auslaufbereich gelangt.If the cooling fluid is consequently heated up too much by the stator, this reduces the cooling effect of the cooling fluid in the area of the power electronics. To counteract this problem, the inlet area can be arranged in the area of the second heat source, in particular the power electronics, so that the cooling fluid first flows through the area of the second heat source before it reaches the first heat source and from there to the outlet area.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Kühlsystem einen Kühlkreislauf, umfassend ein Kühlfluid zum Aufnehmen und Ableiten eines Gesamtwärmeeintrages, einen Fluidvorratsbehälter zum Speichern des Kühlfluids, und eine Leitungsanordnung, welche dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid im Zulaufbereich in den Kühlkanal zu leiten und im Auslaufbereich aus dem Kühlkanal zu leiten.In a further preferred embodiment, the cooling system comprises a cooling circuit, comprising a cooling fluid for absorbing and dissipating a total heat input, a fluid reservoir for storing the cooling fluid, and a line arrangement which is designed to direct the cooling fluid into the cooling channel in the inlet area and out in the outlet area to direct the cooling channel.

Die Ausbildung des Kühlkreislaufs, in welchem das Kühlfluid zwischen dem Fluidvorratsbehälter und dem Kühlkanal zirkuliert, geht mit dem Vorteil einher, dass das im Kühlsystem befindliche Kühlfluid über die gesamte Lebensdauer des Kühlsystems eingesetzt werden kann. Es bedarf somit nur einer einmaligen Befüllung des Kühlkreislaufs mit dem Kühlfluid, wodurch zusätzliche Kosten für nachzufüllendes Kühlfluid entfallen können. Vorzugsweise ist das Kühlsystem mit Dichtungselementen ausgestaltet, die eine verschwindend geringe Leckage des Kühlfluids gewährleisten, sodass kein Nachfüllen von Kühlfluid notwendig ist. Dadurch wird das Kühlsystem wartungsarm. Insbesondere bei einem Einsatz des Kühlsystems bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen können seine Komponenten derart ausgestaltet werden, dass keine besonderen Anforderungen an seine Zugänglichkeit berücksichtigt werden müssen.The design of the cooling circuit, in which the cooling fluid circulates between the fluid reservoir and the cooling channel, has the advantage that the cooling fluid in the cooling system can be used over the entire service life of the cooling system. It is therefore only necessary to fill the cooling circuit with the cooling fluid once, as a result of which additional costs for cooling fluid to be refilled can be eliminated. The cooling system is preferably designed with sealing elements that ensure negligible leakage of the cooling fluid, so that refilling of cooling fluid is not necessary. This makes the cooling system low-maintenance. In particular when the cooling system is used in electrically driven vehicles, its components can be designed in such a way that no special requirements for its accessibility have to be taken into account.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kühlsystem eine Pumpeinheit, welche dazu ausgebildet ist, das Kühlfluid aus dem Fluidvorratsbehälter zum Kühlkanal und/oder das Kühlfluid aus dem Kühlkanal in den Fluidvorratsbehälter zu fördern. Bei dem Kühlfluid kann es sich um Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch handeln.In a further preferred embodiment, the cooling system comprises a pump unit which is designed to convey the cooling fluid from the fluid reservoir to the cooling channel and/or the cooling fluid from the cooling channel into the fluid reservoir. The cooling fluid can be water or a water-glycol mixture.

Entsprechend den Vorteilen eines Wärmetauschers als Bestandteil des Kühlsystems erlaubt das Vorsehen einer Pumpeinheit, einen Volumen- und/oder Massenstrom des Kühlfluides in den Kühlkanal bedarfsgerecht einzustellen. Insbesondere in Zusammenwirkung mit einem Regelungssystem kann dies vorteilhaft sein, da auch die Pumpeinheit zumindest teilweise anhand der Auslauftemperatur geregelt werden kann. Damit lässt sich die Kühlwirkung effizient realisieren.Corresponding to the advantages of a heat exchanger as part of the cooling system, the provision of a pump unit allows a volume and/or mass flow of the cooling fluid into the cooling channel to be adjusted as required. This can be advantageous in particular in conjunction with a control system, since the pump unit can also be controlled at least partially using the outlet temperature. The cooling effect can thus be efficiently implemented.

Im Rahmen einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann dieses einen weiteren Kühlkreislauf (einschließlich Wärmetauscher etc.) für ein weiteres Kühlfluid (z.B. Öl) und eine weitere Pumpeinheit aufweisen, welche Pumpeinheit dazu ausgebildet ist, das weitere Kühlfluid in das Gehäuse und aus dem Gehäuse zu fördern. Die vorstehend genannten Vorteil gelten entsprechend.As part of another development of the cooling system according to the invention, this can have a further cooling circuit (including a heat exchanger, etc.) for a further cooling fluid (e.g. oil) and a further pump unit, which pump unit is designed to pump the further cooling fluid into and out of the housing support financially. The advantages mentioned above apply accordingly.

Bei einer entsprechenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass dieses weiterhin beinhaltet ein Fördern eines weiteren Kühlfluids in das Gehäuse zu der zweiten Wärmequelle und aus dem Gehäuse heraus.In a corresponding further development of the method according to the invention, provision can be made be that this further includes conveying another cooling fluid into the housing to the second heat source and out of the housing.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen.

1 bis 5 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel des Kühlsystems; und
6 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit und einem Kühlsystem.

Further advantages and refinements of the invention can be found in the following description of exemplary embodiments with reference to the figures.

1 until 5 each show an embodiment of the cooling system; and
6 shows an electrically powered vehicle with an electric drive unit and a cooling system.

1 zeigt ein Kühlsystem 1, welches eine gewellte Kühlhülse 2 umfasst, die sich entlang einer Längsachse 3 erstreckt und einen hülsenförmigen Statorträger 4 eines Elektromotors M umschließt. 1 shows a cooling system 1 which comprises a corrugated cooling sleeve 2 which extends along a longitudinal axis 3 and encloses a sleeve-shaped stator support 4 of an electric motor M.

Die Kühlhülse 2 hat eine im Wesentlichen zylindrische Grundform und weist eine Wandung auf, welche entlang der Längsachse gewellt ausgestaltet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wellung derart ausgebildet, dass sie entlang der Längsachse 3 eine (nicht gekennzeichnete) Steigung aufweist, wodurch ein schraubengangförmiger Raum gebildet wird, der zu einer Seite von der Kühlhülse 2 begrenzt ist. Alternativ zu einer schraubengangförmigen Ausbildung des Raumes sind andere Verläufe möglich, bei denen der genannte Raum sich zumindest teilweise entlang oder parallel zu der Längsachse der Kühlhülse erstreckt. Zu einer anderen Seite steht die Kühlhülse in Verbindung mit dem Statorträger 4 und ist an diesem mechanisch befestigt, vorzugsweise durch einen thermischen Pressverband. Insbesondere ist die Verbindung durch einzelne Kontaktbereiche gebildet, welche mit der Wellenform der Wandung der Kühlhülse einhergehen. In den Bereichen kleiner Durchmesser ist die Kühlhülse 2 an die Außenseite des Statorträgers 4 plastisch und elastisch angeformt, wodurch ein umlaufender Kühlkanal 5 gebildet wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Verbindung stoffschlüssig, insbesondere durch Löten, ausgebildet sein.The cooling sleeve 2 has an essentially cylindrical basic shape and has a wall which is corrugated along the longitudinal axis. In the exemplary embodiment shown, the corrugation is designed in such a way that it has a slope (not marked) along the longitudinal axis 3 , as a result of which a helical space is formed which is delimited by the cooling sleeve 2 on one side. As an alternative to a helical design of the space, other configurations are possible, in which the named space extends at least partially along or parallel to the longitudinal axis of the cooling sleeve. On another side, the cooling sleeve is connected to the stator carrier 4 and is mechanically fastened to it, preferably by a thermal press fit. In particular, the connection is formed by individual contact areas, which go hand in hand with the corrugated shape of the wall of the cooling sleeve. In the areas of small diameter, the cooling sleeve 2 is molded plastically and elastically onto the outside of the stator carrier 4, as a result of which a circumferential cooling channel 5 is formed. Additionally or alternatively, the connection can be materially bonded, in particular by soldering.

Der Kühlkanal 5 weist einen Einlass E auf, über den ein Kühlfluid 6 in den Kühlkanal eintritt, aus dem es über einen (nicht sichtbaren) Auslass wieder austritt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Einlass E auch als Auslass fungieren kann und umgekehrt.The cooling channel 5 has an inlet E, via which a cooling fluid 6 enters the cooling channel, from which it exits again via an outlet (not visible). It is within the scope of the invention that the inlet E can also function as an outlet and vice versa.

Auf einer Innenseite 4i des Statorträgers 4 ist ein Stator 7 angeordnet und wärmeleitend mit dem Statorträger 4 verbunden. Somit stellt der Statorträger 4 ein Wärmeleitmittel dar. Der Stator 7 entwickelt aufgrund bekannter Effekte im Betrieb des Elektromotors M Wärme, welche er über eine wärmeleitende Verbindung in einem Wärmestrom Q̇₁ an den Statorträger 4 überträgt.A stator 7 is arranged on an inner side 4i of the stator carrier 4 and is connected to the stator carrier 4 in a thermally conductive manner. The stator carrier 4 thus represents a heat-conducting means. The stator 7 develops heat due to known effects during the operation of the electric motor M, which it transfers to the stator carrier 4 in a heat flow Q - ₁ via a heat-conducting connection.

Entlang der Längsachse 3 ist eine Leistungselektronik 8 axial versetzt zum Stator 7 angeordnet. Die Leistungselektronik 8 steht ebenso wie der Stator 7 in wärmeleitender Verbindung mit dem Statorträger 4. Auch sie entwickelt während des Betriebs des Elektromotors Wärme, welche sie über eine wärmeleitende Verbindung in einem Wärmestrom Q₂ an den Statorträger 4 überträgt.Power electronics 8 are arranged axially offset relative to the stator 7 along the longitudinal axis 3 . Like the stator 7, the power electronics 8 are in a thermally conductive connection with the stator carrier 4. They also develop heat during operation of the electric motor, which it transfers to the stator carrier 4 via a thermally conductive connection in a heat flow Q ₂ .

Somit stellt der Stator 7 eine erste Wärmequelle mit einem (Ab-)Wärmestrom Q̇₁ und die Leistungselektronik 8 eine zweite Wärmequelle mit einem (Ab-)Wärmestrom Q̇₂ dar. Ein Gesamtwärmestrom Q ergibt sich aus der Summe der Wärmeströme Q̇₁ und Q̇₂, welche in unterschiedlichen Verhältnissen zueinander stehen können. Das Kühlsystem des Elektromotors ist dafür ausgelegt, den Gesamtwärmestrom Q unabhängig von den Anteilen der Wärmeströme Q̇̇₁ und Q̇₂ abzuführen, indem das Kühlfluid 6 den Statorträger 4 in einem Bereich entlang der Längsachse 3 umströmt, in dem sowohl der Stator 7 als auch die Leistungselektronik 8 angeordnet sind, um Wärme aufzunehmen und abzutransportieren.Thus, the stator 7 represents a first heat source with a (waste) heat flow Q̇ ₁ and the power electronics 8 a second heat source with a (waste) heat flow Q̇ _2. A total heat flow Q results from the sum of the heat flows Q̇ ₁ and Q̇ ₂ , which can be related to each other in different ways. The cooling system of the electric motor is designed to dissipate the total heat flow Q independently of the proportions of the heat flows Q̇̇ ₁ and Q̇ ₂ by the cooling fluid 6 flowing around the stator carrier 4 in an area along the longitudinal axis 3 in which both the stator 7 and the power electronics 8 are arranged to absorb and dissipate heat.

Der Kühlkanal 5 weist eine Kühlkanalgeometrie 9 auf, die im Wesentlichen einer Geometrie der Kühlhülse 2 entspricht. In den Bereichen geringer Querschnitte, d.h. im Bereich ihrer Wellentäler berührt die Kühlhülse 2 den Statorträger 4 und weist an den Berührstellen Fügebereiche 10 auf, in welchen sie stoffschlüssig mit dem Statorträger 4 verbunden ist. Die genannte Verbindung ist als stoffschlüssige Lötverbindung ausgeführt, kann im Rahmen der Erfindung jedoch ebenso kraftschlüssig durch eine Pressverbindung sowie durch eine Kombination aus stoff- und kraftschlüssigen Fügemethoden erfolgen. Durch die Verbindung sind benachbarte Gänge des Kühlkanals 5 dichtend bzw. fluiddicht voneinander getrennt, wodurch eine Vermengung des Kühlfluids 6 zwischen den Gängen (sog. „Übersprechen“) vermieden wird und eine optimale Temperaturführung im Kühlsystem erreicht werden kann.The cooling channel 5 has a cooling channel geometry 9 which essentially corresponds to a geometry of the cooling sleeve 2 . In the areas of small cross-sections, i.e. in the area of its wave troughs, the cooling sleeve 2 touches the stator carrier 4 and has joining areas 10 at the contact points, in which it is materially connected to the stator carrier 4. Said connection is designed as a materially bonded soldered connection, but within the scope of the invention it can also be effected with a force fit by means of a press connection and by a combination of material and force-fitting joining methods. Due to the connection, adjacent passages of the cooling channel 5 are separated from one another in a sealing or fluid-tight manner, whereby mixing of the cooling fluid 6 between the passages (so-called “crosstalk”) is avoided and optimal temperature control in the cooling system can be achieved.

Der Stator 7 ist im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet und umschließt einen in seinem Innenraum drehbar gelagerten Rotor 13. Der Rotor 13 ist über ein erstes Wälzlager L1 an einem Lagerschild 11, der auf der A-Seite des Elektromotors angeordnet ist, und über ein zweites Wälzlager L2 an einem Lagerschild 12, der auf der B-Seite des Elektromotors angeordnet ist, gelagert. Neben seiner Lagerfunktion dient der erste Lagerschild 11 dazu, einen Teil eines Gehäuses auszubilden, das Getriebekomponenten umschließt, die mechanisch mit dem Rotor 13 verbunden sind (nicht gezeigt). Die Lagerschilde 11, 12 sind bevorzugt in Stahl ausgebildet.The stator 7 is essentially sleeve-shaped and encloses a rotor 13 that is rotatably mounted in its interior. The rotor 13 is connected via a first roller bearing L1 to an end shield 11, which is arranged on the A-side of the electric motor, and via a second roller bearing L2 mounted on a bearing plate 12 which is arranged on the non-drive end of the electric motor. In addition to its bearing function, the first end shield 11 serves to form part of a housing which encloses gear components which are mechanically connected to the rotor 13 (not shown). the End shields 11, 12 are preferably made of steel.

Der zweite Lagerschild 12 ist entlang der Längsachse 3 axial zwischen dem Stator 7 und der Leistungselektronik 8 angeordnet und ist in den Statorträger 4 eingepresst, wodurch er mit diesem mechanisch und wärmeleitend in Verbindung steht. Ein Deckel D verschließt den Innenbereich des Statorträgers 4 stirnseitig.The second end shield 12 is arranged axially along the longitudinal axis 3 between the stator 7 and the power electronics 8 and is pressed into the stator carrier 4, as a result of which it is mechanically and thermally conductively connected to it. A cover D closes the inner area of the stator carrier 4 at the end.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 1, welches in Ergänzung zu den in 1 gezeigten Komponenten einen ersten axialen Durchbruch 14 und einen zweiten axialen Durchbruch 15 in dem Lagerschild 12 aufweist. 2 shows a second exemplary embodiment of the cooling system 1, which in addition to the 1 Components shown has a first axial opening 14 and a second axial opening 15 in the bearing plate 12.

Der erste axiale Durchbruch 14 ist dazu ausgebildet, den Stator 7 und die Leistungselektronik 8 elektrisch leitend zu verbinden (bei Bezugszeichen 16). Im Falle von zu kühlenden Elektromotoren kann der Durchbruch 14 somit dazu genutzt werden, eine von der Leistungselektronik 8 gewandelte Wechselspannung an elektrische Leiter des Stators 7 anzulegen. Der axiale Durchbruch 14 kann dichtend ausgeführt sein, um die Leistungselektronik 7 von Schmiermitteln zu trennen, die im Zuge der Lagerung des Stators 7 verwendet werden.The first axial opening 14 is designed to electrically conductively connect the stator 7 and the power electronics 8 (at reference number 16). In the case of electric motors to be cooled, the opening 14 can thus be used to apply an AC voltage, converted by the power electronics 8 , to the electrical conductors of the stator 7 . The axial opening 14 can be designed to be sealed in order to separate the power electronics 7 from lubricants that are used in the course of the bearing of the stator 7 .

Der zweite axiale Durchbruch 15 ist dazu ausgebildet, die Leistungselektronik 8 über einen hier nicht gezeigten Resolver mit dem Rotor 13 zu verbinden, um insbesondere eine Drehzahlregelung für den Elektromotor auszubilden. Auch der zweite axiale Durchbruch 15 kann dichtend ausgeführt sein.The second axial opening 15 is designed to connect the power electronics 8 to the rotor 13 via a resolver (not shown here), in order in particular to form a speed control system for the electric motor. The second axial opening 15 can also have a sealing design.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 1, bei dem der Statorträger 4 axial kürzer ausgebildet ist und am Lagerschild 12 endet. Die Leistungselektronik 8 ist auf einer Trägerplatte 17 aus einem gut wärmeleitenden Material, wie Kupfer- oder Aluminiumblech, angeordnet und anstelle des Deckels D von einem axial angebrachtes, napfartigen Gehäuse 18 umgeben. Das Gehäuse 18 kann optional einen hier nicht gezeigten Einlass und einen ebenfalls nicht gezeigten Auslass für ein weiteres Kühlfluid 6' aufweisen, bevorzugt ein dielektrisches Öl, welches optional zum Kühlen der Leistungselektronik 8 in das Gehäuse 18 eingeleitet werden kann. Das Bezugszeichen 6' ist entsprechend in 3 (und in 4) in Klammern gesetzt. Die Trägerplatte 17 ist bevorzugt mit dem Lagerschild 12 stoffschlüssig verbunden, z.B. verschweißt. Sie ist gemäß 3 speziell ringförmig ausgebildet und weist bei Bezugszeichen 17a einen zentralen Durchbruch zur Aufnahme eines nicht näher bezeichneten axialen Vorsprungs der elektrischen Maschine auf. 3 shows a third exemplary embodiment of the cooling system 1, in which the stator carrier 4 is designed to be axially shorter and ends at the bearing plate 12. The power electronics 8 are arranged on a support plate 17 made of a material with good thermal conductivity, such as copper or aluminum sheeting, and are surrounded by an axially attached, cup-like housing 18 instead of the cover D. The housing 18 can optionally have an inlet, not shown here, and an outlet, also not shown, for a further cooling fluid 6 ′, preferably a dielectric oil, which can optionally be introduced into the housing 18 for cooling the power electronics 8 . The reference number 6' corresponds to that in FIG 3 (and in 4 ) in brackets. The support plate 17 is preferably integrally connected to the end shield 12, for example welded. She is according 3 specially ring-shaped and has a central opening at reference numeral 17a for receiving an unspecified axial projection of the electrical machine.

Grundsätzlich kann die Trägerplatte 17 bei allen Ausgestaltungen (weitere, insbesondere axiale) Durchbrüche für elektrische Verbindungen (Leitungen, Kabel) aufweisen, insbesondere zum Verbinden mit Messwertgebern, wie Resolvern oder dgl., was in den Figuren nicht explizit dargestellt ist.In principle, the carrier plate 17 can have (additional, in particular axial) openings for electrical connections (lines, cables) in all configurations, in particular for connecting to measuring sensors such as resolvers or the like, which is not explicitly shown in the figures.

Zwischen Trägerplatte 17 und Leistungselektronik 8 kann eine (nicht gezeigte) Zwischenschicht, insbesondere Wärmeleitpaste, angeordnet sein. Die Trägerplatte 17 verschließt Ausnehmungen 12a in dem Lagerschild 12, die als Kühlkanalfortsatz 19 dienen und bei Bezugszeichen X mit dem Inneren der Kühlhülse 2 (vgl. 1 und 2) in fluidleitender Wirkverbindung stehen, sodass das Kühlfluid 6 bis an die Trägerplatte 17 gelangt, um die Leistungselektronik 8 (rückseitig) zu entwärmen. Bei Bezugszeichen A ist ein Auslass für das Kühlfluid 6 aus der Kühlhülse 2 bzw. dem Kühlkanalfortsatz 19 dargestellt, welcher Auslass A sich im Bereich des Lagerschilds 12 befindet. Es wurde schon darauf hingewiesen, dass Einlass E und Auslass A auch vertauscht sein können.An intermediate layer (not shown), in particular heat-conducting paste, can be arranged between the carrier plate 17 and the power electronics 8 . The carrier plate 17 closes recesses 12a in the end shield 12, which serve as a cooling channel extension 19 and are connected to the interior of the cooling sleeve 2 at reference symbol X (cf. 1 and 2 ) are in a fluid-conducting active connection, so that the cooling fluid 6 reaches the carrier plate 17 in order to cool the power electronics 8 (on the back). Reference character A shows an outlet for the cooling fluid 6 from the cooling sleeve 2 or the cooling channel extension 19 , which outlet A is located in the area of the end shield 12 . It has already been pointed out that inlet E and outlet A can also be reversed.

Einlass und Auslass werden vorliegend zusammenfassend auch als Anschlussöffnungen bezeichnet.In the present case, the inlet and outlet are also collectively referred to as connection openings.

Gemäß 4 ist erkennbar, dass der Lagerschild 12 eine Flanschfläche 20 aufweist, an welcher das Gehäuse 18 im Bereich eines abgewinkelten Randes dichtend bzw. fluiddicht angebracht ist, vorzugsweise angeschraubt. Dies verringert den Montageaufwand. Bei Bezugszeichen 21 ist eine Schraube exemplarisch dargestellt.According to 4 it can be seen that the end shield 12 has a flange surface 20 to which the housing 18 is attached in a sealing or fluid-tight manner in the region of an angled edge, preferably screwed on. This reduces the assembly effort. A screw is shown as an example at reference number 21 .

Gemäß 4 kann wiederum optional ein weiteres Kühlfluid 6' in das Innere des Gehäuses 18 eingeleitet werden; der zugehörige Einlass bzw. Auslass ist nicht erkennbar. Zum ’elektrischen Kontaktieren der Leistungselektronik 8 ist eine Anschlussleitung 22 vorgesehen, die mit weiteren elektronischen Bauteilen (nicht gezeigt) verbunden ist oder sein kann.According to 4 an additional cooling fluid 6′ can in turn optionally be introduced into the interior of the housing 18; the associated inlet or outlet is not recognizable. A connection line 22 is provided for electrically contacting the power electronics 8, which is or can be connected to other electronic components (not shown).

Die Trägerplatte 17 ist kreisförmig ausgebildet und wiederum vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Lagerschild 12 verbunden, um den Kühlkanalfortsatz 19 axial in Richtung Gehäuse 18 zu verschließen.The support plate 17 is circular and in turn is preferably cohesively connected to the bearing plate 12 in order to axially close the cooling channel extension 19 in the direction of the housing 18 .

5 zeigt das Kühlsystem 1 aus 4 in einer etwas anderen Darstellung und ohne zweite Wärmequelle (Leistungselektronik), sodass neben der kreisförmigen Ausbildung der Trägerplatte 17 auch die Anschlusskontakte AK1, AK2 für das elektrische Kontaktieren der Leistungselektronik erkennbar sind. Neben der bereits erwähnten Anschlussleitung (Kabel) 22 für den Anschlusskontakt AK1 ist hier auch eine zweite Anschlussleitung (Kabel) 23 für den Anschlusskontakt AK2 erkennbar. 5 shows the cooling system 1 4 in a slightly different representation and without a second heat source (power electronics), so that in addition to the circular design of the support plate 17, the connection contacts AK1, AK2 for the electrical contacting of the power electronics can also be seen. In addition to the already mentioned connection line (cable) 22 for the connection contact AK1 is here a second connection line (cable) 23 for the connection contact AK2 can also be seen.

6 zeigt in Teilabbildung a) ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug F, das (insbesondere zu Antriebszwecken) einen Elektromotor M mit einem Kühlsystem 1 aufweist, welches Kühlsystem 1 an einen Kühlkreislauf K angeschlossen ist. Das Kühlsystem 1 umfasst eine Kühlhülse 2, die entlang einer Längsachse 3 ausgerichtet ist. Der Elektromotor M umfasst einen Stator 7 und eine Leistungselektronik 8, welche entlang der Längsachse 3 angeordnet sind. Ein Statorträger 4 ist zwischen den genannten Komponenten des Elektromotors M und der Kühlhülse 2 angeordnet und bildet in Zusammenwirkung mit der Kühlhülse 2 einen Kühlkanal 5. Ein Kühlmittel (Kühlfluid) 6 wird in dem Kühlkreislauf K aus einem Tank T mittels einer elektrischen Pumpe P in einen Wärmetauscher WT gefördert, in dem das Kühlfluid 6 auf eine geeignete Nenntemperatur gebracht wird, um die durch den Stator 7 und die Leistungselektronik 8 erzeugte Wärme abzuführen. Das gezeigte Kühlsystem 1 entspricht insoweit der Ausgestaltung in 1 oder 2; es ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Insbesondere kann auch ein Kühlsystem 1 gemäß den 3 bis 5 Verwendung finden, wie in Teilabbildung b) gezeigt. Dann ist die Leistungselektronik 8 innerhalb eines axial an den Statorträger 4 angesetzten Gehäuses 18 angeordnet, und zusätzlich zu dem Kühlkreislauf K existiert vorzugsweise ein weiterer Kühlkreislauf K', der analog dem Kühlkreislauf K ausgebildet sein kann, um ein weiteres Kühlfluid 6' in das Gehäuse 18 hinein, zu der zweiten Wärmequelle (Leistungselektronik) 8 und wieder aus dem Gehäuse 18 heraus zu fördern, wie bereits detailliert beschrieben. Trägerplatte und Kühlkanalfortsatz sind in 6 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. 6 shows in subfigure a) an electrically driven vehicle F, which (in particular for drive purposes) has an electric motor M with a cooling system 1, which cooling system 1 is connected to a cooling circuit K. The cooling system 1 includes a cooling sleeve 2 aligned along a longitudinal axis 3 . The electric motor M includes a stator 7 and power electronics 8 which are arranged along the longitudinal axis 3 . A stator carrier 4 is arranged between the named components of the electric motor M and the cooling sleeve 2 and, in cooperation with the cooling sleeve 2, forms a cooling channel 5. A coolant (cooling fluid) 6 is pumped in the cooling circuit K from a tank T by means of an electric pump P into a Promoted heat exchanger WT, in which the cooling fluid 6 is brought to a suitable nominal temperature in order to dissipate the heat generated by the stator 7 and the power electronics 8. The cooling system 1 shown corresponds to the configuration in FIG 1 or 2 ; however, it is not limited to this. In particular, a cooling system 1 according to 3 until 5 Find use as shown in sub-figure b). The power electronics 8 are then arranged within a housing 18 that is attached axially to the stator carrier 4, and in addition to the cooling circuit K, there is preferably a further cooling circuit K', which can be designed analogously to the cooling circuit K, in order to pump a further cooling fluid 6' into the housing 18 in, to promote the second heat source (power electronics) 8 and back out of the housing 18, as already described in detail. Support plate and cooling channel extension are in 6 not shown for the sake of clarity.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102018109420 A1 [0005, 0006]

Claims

Cooling system (1), in particular for a drive electric motor (M) in an electrically driven vehicle (F), which cooling system (1) has a cooling sleeve (2) with a longitudinal axis (3) and a heat-conducting means (4), which cooling sleeve ( 2) the heat conducting means (4) surrounds in a region along the longitudinal axis (3), whereby a cooling channel (5) is formed between the cooling sleeve (2) and the heat conducting means (4) in order to conduct a cooling fluid (6) therein, which Heat conducting means (4) for accommodating a first heat source (7), in particular a stator of a drive electric motor (M) in an electrically driven vehicle (F), is designed and intended in the area, the heat conducting means (4) being designed to a second heat source (8), in particular power electronics for a drive electric motor (M) in an electrically driven vehicle (F), which is arranged along the longitudinal axis (3) axially to the first heat source (7), to make thermally conductive contact, dadur ch characterized in that the heat conducting means (4) comprises a bearing plate (12), in particular for a drive electric motor (M) in an electrically driven vehicle (F), the bearing plate (12) on the longitudinal axis (3) between the first heat source (7) and the second heat source (8) is arranged.

Cooling system (1) after claim 1 , In which the heat-conducting means (4) comprises a stator support, in particular a sleeve-shaped stator support, for a drive electric motor (M).

Cooling system (1) after claim 2 , in which the end shield (12) closes the stator carrier axially.

Cooling system (1) according to one of the preceding claims, in which the second heat source (8) is arranged on a carrier plate (17), which carrier plate (17) is connected mechanically, in particular detachably, preferably via screws, or with a material connection to the bearing plate (12). is, most preferably on a side of the end shield (12) facing away from the first heat source (7).

Cooling system (1) after claim 4 In which the carrier plate (17) is made of a heat-conducting material, preferably metal, in particular aluminum or copper.

Cooling system (1) after claim 4 or 5 , in which the carrier plate (17) is circular or annular.

Cooling system (1) according to one of Claims 4 until 6 , in which the second heat source (8) is connected to the carrier plate (17) by means of a thermally conductive intermediate layer (16), in particular thermally conductive paste.

Cooling system (1) after a Claims 1 until 7 , in which the end shield (12) comprises at least one fluid-conducting cooling channel extension (19), which cooling channel extension (19) is directly or indirectly fluid-conductingly connected to the cooling channel (5).

Cooling system (1) after claim 8 , in which the cooling channel extension (19) opens outwards axially on a side facing away from the first heat source (7).

Cooling system (1) according to one of Claims 4 until 7 and after claim 9 , in which the carrier plate (17) closes the at least one cooling channel extension (19).

Cooling system (1) according to one of the preceding claims, in which the bearing plate (12) is designed at least partially by means of forming, in particular deep-drawn, and/or by means of primary shaping, in particular cast or generatively manufactured.

Cooling system (1) according to one of the preceding claims, in which the cooling sleeve (2) is corrugated at least in sections, preferably made of a metallic material, and in which the cooling duct (5) has, at least in sections, a cooling duct geometry (9) which corresponds to a corrugated geometry of the Cooling sleeve (2) corresponds.

Cooling system (1) according to one of the preceding claims, in which the cooling channel (5) along the longitudinal axis (3) and/or around the longitudinal axis (3) is designed at least in sections helically or in the form of a screw thread.

Cooling system (1) according to one of the preceding claims, in which the cooling sleeve (2) is materially connected to the heat-conducting means (4), in particular in order to form the cooling channel (5) in a sealing manner in at least one joining region (10).

Cooling system (1) according to one of the preceding claims, having a housing (18) which is arranged axially on the heat-conducting means (4) to enclose the second heat source (8) along the longitudinal direction (3).

Cooling system (1) after claim 15 , in which the bearing plate (12) has a flange surface (20) which is designed to detachably arrange the housing (18), in particular by screwing, on the bearing plate (12).

Cooling system (1) after claim 15 or 16 In which the housing (18) and/or the flange surface (20) has a connection opening or an inlet (E') in order to apply the cooling fluid (6) or a further cooling fluid (6a) to an interior area of the housing (18).

Cooling system (1) according to one of the preceding claims, in which the cooling sleeve has at least one inlet or inflow area (E) and at least one outlet or outlet area (A), the inflow area (E) being designed to feed the cooling fluid (6) into the To direct the cooling channel (5) and the outlet area (A) is designed to direct the cooling fluid (6) out of the cooling channel (5).

Cooling system (1) after Claim 18 , in which the inlet area (E) and/or the outlet area (A) is arranged in the area of the bearing plate (12) and is preferably connected to the cooling channel extension (19) in a fluid-conducting manner.

Cooling system (1) after Claim 18 or 19 with a heat exchanger (WT), which heat exchanger (WT) is designed to temper the cooling fluid (6) from a first temperature to a second temperature, the first temperature essentially corresponding to a discharge temperature of the cooling fluid in the outlet area (A) and the second temperature essentially corresponds to an inlet temperature of the cooling fluid in the inlet area (E).

Cooling system (1) after claim 20 , in which the inlet area (E) along the longitudinal axis (3) is arranged axially at a smaller distance from the second heat source (8) than the outlet area (A).

Cooling system (1) according to one of claims 18 until 21 with a cooling circuit (K), comprising a cooling fluid (6) for receiving and dissipating a total heat input, a fluid reservoir (T) for storing the cooling fluid (6), and a line arrangement which is designed to the cooling fluid (6) in the inlet area ( E) into the cooling channel and in the outlet area (A) out of the cooling channel (5).

Cooling system (1) after Claim 22 with a pump unit (P) which is designed to convey the cooling fluid (6) from the fluid reservoir (T) to the cooling channel and/or the cooling fluid into the fluid reservoir from the cooling channel.

Cooling system (1) according to one of Claims 15 until 17 and after one of claims 18 until 23 with a further cooling circuit (K') for a further cooling fluid (6') and a further pump unit which is designed to convey the further cooling fluid (6') into the housing (18) and out of the housing (18).

Electric drive unit, in particular for electrically powered vehicles (F), with an electric motor (M), comprising a rotor (13), a stator (7), a stator support (4) and a cooling system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the stator carrier (4) is designed as the heat-conducting means.

Electric vehicle (F) with an electric drive unit Claim 25 .

Method for cooling an electric drive unit, comprising the steps of: a) providing a cooling system (1) according to one of Claims 1 until 24 ; b) temperature control of the cooling fluid (6) to an inlet temperature; c) conveying the cooling fluid (6) into the cooling channel (5); d) transferring heat from a first heat source (7) and a second heat source (8) to a heat-conducting means (4); e) transferring heat from the heat conducting means (4) to the cooling fluid (6); f) conveying the cooling fluid (6) out of the cooling channel (5).

procedure after Claim 27 when referring back to one of the Claims 15 until 17 , further comprising: g) conveying a further cooling fluid (6') into the housing (18) to the second heat source (8) and out of the housing (18).