DE102021210878A1

DE102021210878A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102021210878A1
Application number: DE102021210878.4A
Authority: DE
Inventors: Theresa Sophia Boettinger; Thomas Mueller; Martin Kuehnemund
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2023-03-30
Also published as: WO2023052115A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine (10) mit einem Systemgehäuse (12) und einem Statorgehäuse (24), zwischen welchen mindestens ein Kühlkanal (28) zur Entwärmung des Statorgehäuses (24) der elektrischen Maschine (10) verläuft. Dieser ist von einem Kühlmedium durchströmt. Das Kühlmedium tritt an einem Zulauf (14) in den mindestens einen Kühlkanal (28) ein und verlässt diesen an einem Austritt (16). Abhängig von einem Spreizungswinkel α (44) zwischen dem Zulauf (14) und dem Austritt (16) des mindestens einen Kühlkanals (28), der in Axialrichtung (74) gesehen einen variablen Höhenverlauf (72) aufweist, sind ein Einströmwinkel β (46) und ein Ausströmwinkel γ (48) derart gewählt, dass ein Gesamtmassenstrom M (90) des Kühlmediums in einen ersten Teilmassenstrom Ṁ1(76) und einen zweiten Teilmassenstrom Ṁ2(78) aufgeteilt ist. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine (10) zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Personenkraftwagens oder eines leichten Nutzfahrzeugs.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem Systemgehäuse und einem Statorgehäuse, zwischen denen mindestens ein Kühlkanal zur Entwärmung des Statorgehäuses der elektrischen Maschine verläuft und der von einem Kühlmedium durchströmt ist. Dieses tritt an einem Zulauf in den mindestens einen Kühlkanal ein und verlässt diesen an einem Austrittspunkt. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Personenkraftwagens oder eines leichten Nutzfahrzeugs.
Stand der Technik
DE 10 2018 200 365 A1 bezieht sich auf eine Kühleinheit zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit einem zylindrischen Kühlmantel und einem im Kühlmantel ausgebildeten Kühlkanal. Der Kühlkanal ist an einer äußeren Fläche eines Kühlmantels ausgeführt.
DE 10 2018 008 209 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse sowie einen das Gehäuse konzentrisch umschließenden Mantel. Es wird ein ringförmiger, im Wesentlichen flüssigkeitsdicht abgeschlossener und von einem Kühlmittel durchströmbarer Kühlmantel vorgeschlagen. Dieser umfasst in axialer Richtung gesehen nebeneinanderliegend angeordnete und sich in Umfangsrichtung des Gehäuses erstreckende Kühlmittelkanäle.
DE 10 2010 029 986 A1 hat eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse zum Gegenstand, in welchem ein Stator und ein Rotor angeordnet sind. Der Rotor ist vom Stator umgeben, wobei das Gehäuse einen Außenmantel und einen davon beabstandeten zum Stator weisenden Innenmantel umfasst.
Bei elektrischen Maschinen strömt das Kühlmedium an einem Eintrittsstutzen in einen Kühlkanal ein und an einem dem Eintrittsstutzen gegenüberliegenden Austrittsstutzen wieder aus. Auf diese Weise wird das Kühlwasser um beide Seiten der elektrischen Maschine herumgeleitet. Ineinandergreifende Rippen eines Innenteils des Statorgehäuses und an einem Außenteil eines Systemgehäuses dazu komplementär ausgebildete Rippen sorgen für eine Strömungsbeeinflussung und eine Verbesserung der Kühlwirkung. Ziel ist es, eine möglichst gleichmäßige Umströmung der Außenfläche der elektrischen Maschine zu erzielen.
Idealerweise sind der Einlassstutzen sowie der Auslassstutzen zur Erreichung einer gleichmäßigen Kühlung beider Seiten um 180° zueinander versetzt angeordnet. Durch Limitierungen aufgrund von Einbauraumsituation, Kundenwünschen bezüglich der Position des Auslasses oder aufgrund von Entlüftungsmaßnahmen ist es in der Regel jedoch nicht möglich, eine um im Wesentlichen 180° versetzte Positionierung von Einlass- und Auslassstutzen zu realisieren. Dadurch kommt es zu einem hydraulischen Kurzschluss, wodurch das Kühlwasser vom Einlass direkt in den Auslass strömt und nicht mehr für die Kühlung der elektrischen Maschine zur Verfügung steht. Aufgrund dessen sinkt die Gesamtkühlleistung für die elektrische Maschine erheblich ab. Des Weiteren werden Grundkonturen - ohne Betrachtung von Kühlverrippungen und Kühlrippen - von System und Statorgehäuse in axialer Richtung in der Regel zylindrisch ausgeführt. Dabei ist die Höhe des Kühlkanals im gesamten Kühlbereich konstant. Aufgrund von sich einstellenden Fertigungstoleranzen kann jedoch die Kanalhöhe zwischen Statorgehäuse und Systemgehäuse stark variieren. Dies wiederum führt zu einer hohen Streuung der Kühlleistung und geht mit sich einstellenden Druckverlusten einher. Eine zu geringe Höhe des Kühlkanals erhöht die Druckverluste und die Kühlleistung signifikant.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen mit einem Systemgehäuse und einem Statorgehäuse, zwischen welchen mindestens ein Kühlkanal zur Entwärmung des Statorgehäuses der elektrischen Maschine verläuft und der von einem Kühlmedium durchströmt ist, welches an einem Zulauf in den mindestens einen Kühlkanal eintritt und diesen an einem Austritt wieder verlässt. Abhängig vom Spreizungswinkel α zwischen dem Zulauf und dem Austritt des mindestens einen Kühlkanals, der in Axialrichtung gesehen einen variablen Höhenverlauf umfasst, sind ein Einströmwinkel β und ein Austrittswinkel γ derart gewählt, dass ein Gesamtmassenstrom M des Kühlmediums in einen ersten Teilmassenstrom Ṁ₁ und einen zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ aufgeteilt ist.
Aufgrund der gewählten Einströmgeometrie beziehungsweise des gewählten Einströmwinkels ist sichergestellt, dass ein hydraulischer Kurzschluss unterbleibt und insbesondere das Statorgehäuse der elektrischen Maschine von einem ersten Teilmassenstrom Ṁ₁ und einem zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ umströmt wird. Die beiden Teilmassenströme sind in vorteilhafter Weise so aufgeteilt, dass der größere der beiden Teilmassenströme, nämlich der erste Teilmassenstrom Ṁ₁ die größere Benetzungsfläche am Umfang des Statorgehäuses benetzt, während der zweite Teilmassenstrom Ṁ₂ die kleinere Benetzungsfläche des Statorgehäuses umströmt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ergibt sich eine gleichmäßige, homogene Entwärmung des Statorgehäuses der elektrischen Maschine bei deren Kühlung.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine sind der Einströmwinkel β und der Ausströmwinkel γ Differenzwinkel, bezogen auf die ideale radiale Ausrichtung. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine beträgt der erste Teilmassenstrom ${\dot{M}}_{1} = \frac{α}{360 °} \dot{M}$
mit
α ≙ Spreizungswinkel,
Ṁ ≙ Gesamtmassenstrom Kühlmedium.
Des Weiteren ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine hinsichtlich ihrer Kühlung so ausgebildet, dass der zweite Teilmassenstrom ${\dot{M}}_{2} = (1 - \frac{α}{360 °}) \dot{M}$
beträgt mit
α ^-- Spreizungswinkel,
M ≙ Gesamtmassenstrom Kühlmedium.
Durch die beiden unterschiedlich dimensionierten Teilmassenströme Ṁ₁ und Ṁ₂ wird eine Aufteilung des Gesamtmassenstroms M des Kühlmediums entlang des Umfangs des Statorgehäuses derart aufgeteilt, dass sich eine homogene Entwärmung, d. h. eine gleichmäßig über den Umfang des Statorgehäuses erstreckende Entwärmung der elektrischen Maschine erreichen lässt. Der erste Teilmassenstrom Ṁ₁ führt aufgrund seines längeren Benetzungswegs und seiner Dimensionierung einen größeren Teil der Abwärme der elektrischen Maschine ab als der verbliebene, zweite Teilmassenstrom Ṁ₂, der nicht nur hinsichtlich des Strömungsvolumens des Kühlmediums geringer bemessen ist, sondern auch eine geringere Benetzungsfläche des Statorgehäuses überströmt.
In vorteilhafter Weise entwärmt der erste Teilmassenstrom Ṁ₁ eine erste Benetzungsfläche des Statorgehäuses, die größer ist als eine zweite Benetzungsfläche des Statorgehäuses, die durch den zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ des Kühlmediums entwärmt wird.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine liegen der Eintrittswinkel β und der Austrittswinkel γ im Bereich zwischen -90° und +90°.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine beträgt ein Öffnungswinkel einer Konizität des mindestens einen Kühlkanals ≤ 5°. Durch die Fertigung des mindestens einen Kühlkanals in der angegebenen Konizität kann in fertigungstechnisch einfacher Weise eine zu starke Verengung des Kühlkanals und damit ein sich einstellender Druckverlust vermieden werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der elektrischen Maschine verläuft der variable Höhenverlauf des mindestens einen Kühlkanals, ausgehend von einer Getriebeseite des Statorgehäuses zu einer E-Maschinenseite des Statorgehäuses. Demzufolge weist der mindestens eine Kühlkanal an der Getriebeseite eine minimale Kanalhöhe auf, während an der E-Maschinenseite des Statorgehäuses eine maximale Kanalhöhe ausgeführt ist.
In vorteilhafter Weise erfolgt bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine die Entwärmung des Statorgehäuses durch dessen Umströmung mit dem ersten Teilmassenstrom Ṁ₁ und dem zweiten Teilmassentrom Ṁ₂ des Kühlmediums auf homogene Art und Weise, wobei der erste Teilmassenstrom Ṁ₁ und der zweite Teilmassenstrom Ṁ₂ des Kühlmediums den mindestens einen Kühlkanal entgegengesetzt zueinander durchströmen.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Personenkraftwagens oder zum Antrieb eines leichten elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugs.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine verbesserte Homogenisierung der Umströmung der Außenfläche der elektrischen Maschine durch entsprechende Anpassung von Einströmrichtung und Ausströmrichtung erreichen. Die Homogenisierung der Entwärmung wird zudem dadurch signifikant unterstützt, dass der mindestens eine Kühlkanal, der zwischen der Innenseite des Systemgehäuses und der Außenseite des Statorgehäuses der elektrischen Maschine ausgebildet ist, im Wesentlichen eine konische Grundform aufweist. Dadurch lässt sich eine erhebliche Verringerung der Sensitivität, zum Beispiel aufgrund geometrischer Toleranzen erreichen. Des Weiteren lassen sich durch die Verwirklichung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Positionen von Einlassstutzten und Auslassstutzen gemäß Kundenwünschen realisieren. Da bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind, lässt sich eine Kosteneinsparung verwirklichen. Zur entsprechenden Positionierung der Austrittsposition im Wunschbereich des Kunden sind bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung keine zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise eine Verschlauchung erforderlich; stattdessen erfolgt eine geometrische Verschiebung des Austrittsstutzens nach Kundenwunsch.
Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine verbesserte Entlüftung des mindestens einen Kühlkanals erfolgen, etwa durch geschickte Wahl der Auslassposition, die typischerweise am höchsten Punkt, unabhängig von der Position des Einlasses, ausgeführt wird. Dadurch können Zusatzmaßnahmen zur Gewährleistung der Entlüftung, zum Beispiel in Gestalt eines Entlüftungsventils vermieden werden.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine optimale Aufteilung des Gesamtmassenstroms M des Kühlmediums erreichen, um eine gleichmäßige Kühlleistung und Temperaturverteilung über den Umfang des Statorgehäuses zu erreichen.
Die konische Grundform des mindestens einen Kühlkanals zwischen der Innenseite des Systemgehäuses und der Außenseite des Statorgehäuses setzt den Einfluss von Fertigungstoleranzen, insbesondere deren Auswirkungen auf die Kühlleistung, signifikant herab.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1.1 und 1.2 Eine Aufteilung einer Strömung eines Kühlmediums in einem Kühlkanal, dessen Zulauf und dessen Austritt um 180° versetzt sind,
2.1 einen hydraulischen Kurzschluss,
2.2 einen Kühlkanal zwischen Systemgehäuse und Statorgehäuse einer elektrischen Maschine mit konstanter Höhe,
3 die Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Spreizungswinkels α zwischen Zulauf und Austritt des Kühlmediums und sich einstellender erster und zweiter Teilmassenströme Ṁ₁ und Ṁ₂,
4 einen Schnitt durch das Systemgehäuse der elektrischen Maschine und deren Statorgehäuse sowie den sich zwischen diesen ergebenden, mindestens einen Kühlkanal, der in einer Konizität gefertigt ist und
5 die Darstellung sich einstellender Teilvolumenströme Ṁ₁ und Ṁ₂ entlang des Umfangs des Statorgehäuses.

1.1 ist eine elektrische Maschine 10 zu entnehmen, in deren Systemgehäuse 12 ein Zulauf 14 und ein relativ zu diesem, in einem 180°-Versatz 20 angeordneter Austritt 16 für ein Kühlmedium angeordnet sind. Gemäß 1.2 ergibt sich somit eine gleichmäßige Volumenstromaufteilung 18 beziehungsweise Massenstromaufteilung 18 durch beide Hälften des Systemgehäuses 12.
2.1 zeigt das Auftreten eines hydraulischen Kurschlusses 32 bei entsprechender Positionierung des Zulaufs 14 und des Austritts 16 des Kühlmediums relativ zueinander. Gemäß 2.1 gelangt nur ein geringer Teilmassenstrom des Kühlmediums in den mindestens einen Kühlkanal 28, der sich zwischen einer Verrippung 22 des Systemgehäuses 12 und einer Verrippung 26 des Statorgehäuses 24 erstreckt.
2.2 ist ein Schnitt durch das Systemgehäuse und das Statorgehäuse einer elektrischen Maschine zu entnehmen, aus dem hervorgeht, dass der mindestens eine Kühlkanal 28, der sich zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 erstreckt, in Axialrichtung gesehen eine konstante Höhe aufweist.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
3 zeigt einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10, die ein Systemgehäuse 12 umfasst, welches ein Statorgehäuse 24 umschließt. Das Kühlmedium wird im mindestens einen Kühlkanal 28 über den Zulauf 14 zugeführt. Dieser umfasst einen Anschlussstutzen 52. Des Weiteren umfasst das Kühlsystem eine Leitung 54, durch welche das Kühlmedium dem Zulauf 14 zugeführt wird.
Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass der mindestens eine Kühlkanal 28 zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 einerseits durch eine Verrippung 22 einer Innenseite des Systemgehäuses 12 und andererseits durch die Verrippung 26 an der Außenseite des Statorgehäuses 24 gebildet wird. Durch den mindestens einen auf diese Weise gebildeten Kühlkanal 28 zirkuliert das über den Anschlussstutzen 52 dem Zulauf 14 zugeführte Kühlmedium.
Wie aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht, sind der Zulauf 14 und der Austritt 16 in Bezug aufeinander in einem Spreizungswinkel α, gekennzeichnet durch Bezugszeichen 44, orientiert. In der Darstellung gemäß 3 liegt der Spreizungswinkel α 44 im Bereich zwischen 90° und 100°. Der Spreizungswinkel α 44 könnte auch kleiner oder größer als dargestellt gewählt werden, je nachdem, wie der Zulauf 14 und der Austritt 16 zu positionieren sind, was wiederum kundenseitig vorgegeben ist. In Bezug auf eine Symmetrieachse 64 gemäß der Darstellung in 3 sind durch Bezugszeichen 50 jeweils ideale radiale Ausrichtungen angedeutet. In Bezug auf die idealen radialen Ausrichtungen 50 sind der Zulauf 14 beziehungsweise der Austritt 16 positioniert. In Bezug auf den Zulauf 14 ist ein Einströmwinkel β 46 dargestellt. Dieser liegt zwischen -90° und +90° in Bezug auf die ideale radiale Ausrichtung 50. Analog dazu ist der Austritt 16 gemäß der Darstellung in 3 um den Ausströmwinkel γ 48 in Bezug auf die ideale radiale Ausrichtung 50 orientiert. Abhängig von den kundenseitigen Voraussetzungen können somit, abhängig vom Spreizungswinkel α 44 zwischen dem Zulauf 14 und dem Austritt 16 korrespondierende Einströmwinkel β 46 sowie Ausströmwinkel γ 48 realisiert werden.
Aus 3 geht hervor, dass sich bei dem hier dargestellten Spreizungswinkel α 44, der zwischen 90° und 100° liegt, unterschiedliche Massenströme in Bezug auf das Kühlmedium ergeben. Über den Anschlussstutzen 52 im Bereich des Zulaufs 14 strömt Kühlmedium über mindestens einen Kühlkanal 28 ein. Hinter dem Zulauf 14, d. h. hinter dem Anschlussstutzen 52 teilt sich der Gesamtmassenstrom M (vgl. Position 90 in 5) innerhalb des mindestens einen Kühlkanals 28 in einen ersten Teilmassenstrom Ṁ₁ 76 sowie in einen zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ 78 auf. Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass der erste Teilmassenstrom Ṁ₁ 76 des Kühlmediums eine erste Benetzungsfläche 40 in Umfangsrichtung benetzt und damit entwärmt. Demgegenüber strömt der zweite Teilmassenstrom Ṁ₂ 78 des Kühlmediums entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des ersten Teilmassenstroms Ṁ₁ 76 innerhalb des mindestens einen Kühlkanals 28. Die beiden Teilmassenströme des Kühlmediums Ṁ₁ 76 und Ṁ₂ 78 strömen dem Austritt 16 zu und verlassen an dieser Stelle entsprechend erwärmt den mindestens einen Kühlkanal 28 zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 der elektrischen Maschine 10.
Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass der größere erste Teilmassenstrom Ṁ₁ 76 eine größere erste Benetzungsfläche 40 in Umfangsrichtung entwärmt verglichen mit der zweiten Benetzungsfläche 42 in Umfangsrichtung, die durch den zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ 78 des Kühlmediums entwärmt wird. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anströmung, gegeben durch den Einströmwinkel β 46 beziehungsweise den Ausströmwinkel γ 48, kann eine gezielte, optimale Aufteilung der beiden Teilmassenströme Ṁ₁ 76 und Ṁ₂ 78 in Bezug auf die zu entwärmende Umfangsfläche des Statorgehäuses 24 der elektrischen Maschine 10 eingestellt werden.
Der Schnittdarstellung gemäß 4 ist zu entnehmen, dass das Statorgehäuse 24 vom Systemgehäuse 12 der elektrischen Maschine 10 umgeben ist. Im Inneren des Statorgehäuses 24 ist ein Stator 66 der elektrischen Maschine 10 angeordnet. Eine Getriebeseite sowohl des Systemgehäuses 12 als auch des Statorgehäuses 24 ist durch Position 56 identifiziert, während eine E-Maschinenseite 58 die gegenüberliegende Stirnseite sowohl des Systemgehäuses 12 als auch des Statorgehäuses 24 der elektrischen Maschine 10 bezeichnet. Das Systemgehäuse 12 und das Statorgehäuse 24 sind im Wesentlichen symmetrisch zu einer Symmetrieachse 64 ausgebildet. Im Statorgehäuse 24 ist ein Lager 60 dargestellt, in welchem der hier nicht dargestellte Rotor der elektrischen Maschine 10 auf der E-Maschinenseite 58 gelagert ist. Auf der dieser gegenüberliegenden Getriebeseite 56 wird der in 4 nicht dargestellte Rotor der elektrischen Maschine 10 in einem Lager 62 gelagert.
Aus 4 geht hervor, dass sich bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung der mindestens eine Kühlkanal 28 zwischen dem Statorgehäuse 24 und dem Systemgehäuse 12 in einer Konizität 68 erstreckt. Die Konizität 68 ist durch den Öffnungswinkel 70 gegeben, der≤ 5° ist. Aus der Schnittdarstellung gemäß 4 geht hervor, dass sich in Axialrichtung 74 gesehen, ausgehend von der Getriebeseite 56 zur E-Maschinenseite 58 der mindestens eine Kühlkanal 28 kontinuierlich erweitert. Während der konische Höhenverlauf 72 in Axialrichtung 74 an der Getriebeseite 56 durch eine minimale Kanalhöhe 84 gekennzeichnet ist, geht diese in Axialrichtung 74 gesehen von der minimalen Kanalhöhe 84 in die maximale Kanalhöhe 82 auf der E-Maschinenseite 58 über. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Konizität 68 des mindestens einen Kühlkanals 28 kann dessen Sensitivität gegenüber Fertigungstoleranzen sowie Druckverlusten erheblich verringert werden. Es ergibt sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, in Axialrichtung 74 gesehen, eine variable Kanalhöhe 80, die ausgehend von der Getriebeseite 56 in Richtung auf die E-Maschinenseite 58 kontinuierlich zunimmt.
Der Darstellung gemäß 5 ist zu entnehmen, dass ein Gesamtmassenstrom M 90 des Kühlmediums durch den Zulauf 14 in den mindestens einen Kühlkanal 28 zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 eintritt. Entsprechend dem Spreizungswinkel α 44 stellen sich in Bezug auf die ideale radiale Ausrichtung 50 auf Seiten des Zulaufs 14 ein Einströmwinkel β 46 ein sowie auf Seiten des Austritts 16 ein Ausströmwinkel γ 48, ebenfalls in Bezug auf die ideale radiale Ausrichtung 50. In der Darstellung gemäß 5 ist analog zur Darstellung gemäß 3 ein Spreizungswinkel α 44 dargestellt, der zwischen 90° und 100° liegt.
Entsprechend der Aufteilung des Gesamtmassenstroms M 90 des Kühlmediums teilt sich dieser in den ersten Teilmassenstrom Ṁ₁ 76 sowie den zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ 78 auf. Entsprechend dem gewählten Spreizungswinkel α 44, Einströmwinkel β 46 und Ausströmwinkel γ 48 beträgt der Teilmassenstrom Ṁ₁ 76 ${\dot{M}}_{1} = \frac{α}{360 °} \dot{M},$
während der kleinere, zweite Teilmassenstrom Ṁ₂ 78 ${\dot{M}}_{2} = (1 - \frac{α}{360 °}) \cdot \dot{M}$
beträgt.
Die beiden Teilmassenströme des Kühlmediums Ṁ₁ 76 und Ṁ₂ 78 überstreichen jeweils die erste Benetzungsfläche 40, welche größer ist als die vom zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ 78 benetzte zweite Benetzungsfläche 42 in Umfangsrichtung des Statorgehäuses 24 gesehen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann unabhängig von der Position des Zulaufs 14 und des Austritts 16 sowie von der geometrischen Toleranzlage zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 eine gleichmäßige Verteilung der Strömung des Kühlwassers über beide Seiten in Umfangsrichtung entlang des Statorgehäuses 24 erreicht werden. Damit kann eine gleichmäßig Entwärmung des Statorgehäuses 24 gewährleistet werden, um eine optimale Kühlwirkung herbeizuführen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann auf den Einbau zusätzlicher Bauteile verzichtet werden. Es stellt sich der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend ein homogenes Temperaturfeld ein, welches durch die beiden Teilmassenströme Ṁ₁ 76 und Ṁ₂ 78, die gegensinnig zueinander strömen, erreicht wird. Um das gewünschte Verhältnis zwischen dem ersten Teilmassenstrom Ṁ₁ 76 zum zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ 78 herzustellen, wird der Einströmwinkel β 46 und der Ausströmwinkel γ 48 gezielt gewählt. Typische Einströmwinkel β 46 beziehungsweise Ausströmwinkel γ 48 können je nach Position des Zulaufs 14 und des Austritts 16 im Bereich von -90° und +90° liegen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung trägt auch geometrischen Toleranzen in Bezug auf die Massenstromverteilung und damit auf die Kühlleistung Rechnung. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird die Grundform des mindestens einen Kühlkanals 28, der zwischen der Innenseite des Systemgehäuses 12 und der Außenseite des Statorgehäuses 24 verläuft, nicht zylindrisch, sondern konisch ausgeführt. So kann das Kühlmedium, insbesondere bei relativ geringer Höhe des mindestens einen Kühlkanals 28 in die Bereiche ausweichen, in denen aufgrund der Konizität 68 eine größere Kanalhöhe vorliegt. Typische Öffnungswinkel 70 in Bezug auf die Konizität 68 liegen im Bereich von ≤ 5° und können zum Beispiel durch unterschiedliche Fertigungstechnologien und Bearbeitungen des Systemgehäuses 12 und des Statorgehäuses 24 erreicht werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018200365 A1 [0002]
DE 102018008209 A1 [0003]
DE 102010029986 A1 [0004]

Claims

Elektrische Maschine (10) mit einem Systemgehäuse (12) und einem Statorgehäuse (24), zwischen denen mindestens ein Kühlkanal (28) zu Entwärmung des Statorgehäuses (24) der elektrischen Maschine (10) verläuft und der von einem Kühlmedium beströmt ist, welches an einem Zulauf (14) in den mindestens einen Kühlkanal (28) eintritt und diesen an einem Austritt (16) wieder verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Spreizungswinkel α (44) zwischen dem Zulauf (14) und dem Austritt (16) des Kühlkanals (28), der in Axialrichtung (74) gesehen einen variablen Höhenverlauf (72) aufweist, ein Einströmungswinkel β (46) und ein Ausströmwinkel γ (48) derart gewählt sind, dass ein Gesamtmassenstrom M (90) des Kühlmediums in einen ersten Teilmassenstrom Ṁ₁ (76) und einen zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ (78) aufgeteilt ist.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmwinkel β (46) und der Ausströmwinkel γ (48) Differenzwinkel, bezogen auf die ideale radiale Ausrichtung (50), sind.
Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilmassenstrom Ṁ₁, (76) ${\dot{M}}_{1} = \frac{α}{360 °} \dot{M}$
beträgt mit α ≙ Spreizungswinkel (44), M ≙ Gesamtvolumenstrom (90) Kühlmedium
Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilmassenstrom Ṁ₂ (78) ${\dot{M}}_{2} = (1 - \frac{α}{360 °}) \dot{M}$
beträgt mit α ≙ Spreizungswinkel (46), M ≙ Gesamtvolumenstrom (90) Kühlmedium
Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilmassenstrom Ṁ₁ (76) eine erste Benetzungsfläche (40) des Statorgehäuses (24) entwärmt, die größer ist als eine zweite Benetzungsfläche (42) des Statorgehäuses (24), welche durch den zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ (78) entwärmt wird.
Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittswinkel β (46) und der Austrittswinkel γ (48) im Bereich zwischen -90° und +90° liegen.
Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungswinkel (70) einer Konizität (68) des mindestens einen Kühlkanals (28) ≤ 5° beträgt.
Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Höhenverlauf (72) des mindestens einen Kühlkanals (28), ausgehend von einer Getriebeseite (56) zu einer E-Maschinenseite (58) des Statorgehäuses (24) verläuft.
Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Getriebeseite (56) eine minimale Kanalhöhe (84) und an der E-Maschinenseite (58) eine maximale Kanalhöhe (82) vorliegt.
Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwärmung des Statorgehäuses (24) durch dessen Umströmung mit dem ersten Teilmassenstrom Ṁ₁ (76) und dem zweiten Teilmassenstrom Ṁ₂ (78) des Kühlmediums homogenisiert ist.
Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilmassenstrom Ṁ₁, (76) und der zweite Teilmassenstrom Ṁ₂ (78) des Kühlmediums den mindestens einen Kühlkanal (28) entgegengesetzt zueinander durchströmen.
Verwendung der elektrischen Maschine (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Personenkraftwagens oder eines leichten Nutzfahrzeugs.