DE102022117847A1

DE102022117847A1 - Vorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Antriebsmaschine

Info

Publication number: DE102022117847A1
Application number: DE102022117847.1A
Authority: DE
Inventors: Tobias Engelhardt
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2024-01-18
Also published as: CN117424390A; US20240022137A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Antriebsmaschine (1) für ein Objekt (29). Die Antriebsmaschine umfasst einen Stator (2) mit einem Statorgehäuse (10) und einem Rotor (3), welcher am Statorgehäuse (10) rotatorisch beweglich gelagert und mit einem Antriebsmittel (8) zum Erzeugen einer auf das Objekt (29) wirkende Kraft verbunden ist. Zur Kühlung wird ein erstes Kühlmittel (17) und ein zweites Kühlmittel (18) genutzt. Das Antriebsmittel (8) erzeugt durch rotatorische Bewegung eine Strömung des ersten Kühlmittels (17), wobei das erste Kühlmittel (17) mithilfe von Mitteln zur Strömungsführung (24) die elektrische Antriebsmaschine (1) um und/oder durchströmt. Das zweite Kühlmittel (18) wird in einem Kühlkanal (16) zirkuliert und überträgt aufgenommene Wärme an das erste Kühlmittel (17).Zur Schaffung einer besonders leistungsstarken Kühlung einer elektrischen Antriebsmaschine (1), welche eine hohe Drehmomentendichte aufweist, wird das zweite Kühlmittel (18) mithilfe einer von der Antriebsmaschine (1) angetriebenen Pumpe (22), in dem Kühlkanal (16) zirkuliert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Antriebsmaschine eines Objekts nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und Anspruch 8.
Aus DE 1020 17 212 798 A1 ist ein Elektromotor mit einer integrierten Kühleinrichtung, welche als primäres Kühlmittel zum Kühlen des Stators und/oder des Rotors Zapfluft einsetzt, bekannt. Die Zapfluft wird hierbei aus dem Luftstrom eines am Elektromotor angebrachten Propellers entnommen. In das Statorgehäuse sind Kühlkanäle integriert, welche das primäre Kühlmittel gezielt zu den zu kühlenden Komponenten leiten. Der Stator wird durch ein sekundäres Kühlmittel über einen ringförmigen und koaxial zum Stator angeordneten Wärmetauscher gekühlt, wobei die genaue Art und Weise der Kühlung des Stators über das sekundäre Kühlmittel in der DE 10 2017 212 798 A1 nicht offenbart ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige, besonders leistungsstarke Vorrichtung zum Kühlen eines Elektromotors, welcher eine hohe Drehmomentendichte aufweist, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 8 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 8 dient dem Kühlen einer elektrischen Antriebsmaschine, für ein Objekt. Die Antriebsmaschine weist einen Stator mit einem Statorgehäuse und einem Rotor, welcher am Statorgehäuse rotatorisch beweglich gelagert ist, auf. Ein Antriebsmittel zum Erzeugen einer auf das Objekt wirkenden Kraft ist mit der Antriebsmaschine verbunden.
Die Antriebsmaschine gemäß Anspruch 1 wird durch ein erstes und ein zweites Kühlmittel gekühlt, indem das Antriebsmittel durch rotatorische Bewegung eine Strömung des ersten Kühlmittels erzeugt und dieses mithilfe von Mitteln zur Strömungsführung in die elektrische Antriebsmaschine einleitet, wodurch es diese um und/oder durchströmt.
Das zweite Kühlmittel wird in einem Kreislauf zirkuliert, wobei es aufgenommene Wärme an das erste Kühlmittel überträgt.
Vorzugsweise wird das zweite Kühlmittel mithilfe einer von der Antriebsmaschine angetriebenen Pumpe in dem Kreislauf zirkuliert. Durch die Zirkulation des zweiten Kühlmittels kann das Kühlmittel entstehende Wärme an einer Stelle aufnehmen und an einer anderen Stelle wieder abgeben.
Durch eine koaxiale Platzierung der Pumpe zur Achse des Rotors wird diese direkt von der Antriebsmaschine angetrieben und somit sind keine Mittel zur Rotationsübertragung z.B. Zahnräder und/oder Riemen notwendig.
Der Stator, welcher die Wickelköpfe und die in axial zur Achse des Antriebs in Statornuten verlaufenden Wicklungen umfasst, wird vom zweiten Kühlmittel durchströmt.
Vorzugsweise durchströmt hierbei, das zweite Kühlmittel die Statornuten in axialer Richtung und ist dabei in direktem Kontakt zu den Wicklungen, um dort die entstehende Wärme direkt aufzunehmen und wegzuführen.
Zwischen Stator und Rotor befindet sich ein Spalt. Durch eine besonders dünne Ausführung des Spaltes können die Verluste des zwischen Stator und Rotor wirkenden Magnetfeldes geringgehalten werden. Der Spalt, durch welchen das erste Kühlmittel strömt, wird mithilfe eines festen oder flexiblen dünnwandigen Spaltrohres gegenüber dem Bereich, in dem das zweite Kühlmittel strömt, abgedichtet.
Vorzugsweise wird der Stator welcher Wickelköpfe, Wicklungen und Kühlkanäle umfasst, nach einer ersten Variante der Erfindung vom zweiten Kühlmittel in folgender Reihenfolge durchströmt:

• über einen ersten Wickelkopf des Stators und/oder
• über die Wicklungen des Stators und/oder
• über einen zweiten Wickelkopf des Stators und/oder
• über Kühlkanäle durch ein radial außerhalb des Rotorträgers platziertes Statorgehäuse und/oder
• über die Kühlmittelpumpe

Nach einer zweiten Variante der Erfindung wird der Stator vom zweiten Kühlmittel in folgender Reihenfolge durchströmt:

• mittig zu den Wicklungen eintretend, über die Wicklungen des Stators zu dessen axial äußeren Enden und/oder
• parallel über beide Wickelköpfe und/oder
• über Kühlkanäle durch ein radial außerhalb des Rotorträgers platziertes Statorgehäuse und/oder
• über die Kühlmittelpumpe

Vorzugsweise ist das zweite Kühlmittel ein Dielektrikum, welches eine maximale Dichte von 0,75 kg/l bei 15°C und/oder eine maximale Viskosität von 6 mm²/s bei 40°C und/oder eine minimale Wärmekapazität von 2,3 kJ/(kg*K) bei 80°C und/oder eine minimale Wärmeleitfähigkeit von 0,12 W/(m/K) bei 80°C und/oder eine maximale elektrische Leitfähigkeit von 1000 nS/m bei 25°C besitzt.
Durch die niedrige elektrische Leitfähigkeit besitzt das Dielektrikum eine elektrische Isolationswirkung, wodurch es in direktem Kontakt mit unter Strom stehenden Bauteilen stehen kann, ohne einen Kurzschluss zu erzeugen.
Aufgrund der niedrigen Viskosität kann das Dielektrikum direkt durch sehr kleine Zwischenräume zwischen den Wicklungen in den Nuten geführt werden, ohne dass der hydraulische Druckverlust und das daraus resultierende Druckniveau im Dielektrikum zu hoch wird.
Durch die Kombination dieser Stoffeigenschaften, kann die Wärme direkt am Entstehungsort aufgenommen und weggeführt werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 8 wird die Antriebsmaschine durch ein erstes und ein zweites Kühlmittel gekühlt, indem das Antriebsmittel durch rotatorische Bewegung eine Strömung des ersten Kühlmittels erzeugt und dieses mithilfe von Mitteln zur Strömungsführung in die elektrische Antriebsmaschine einleitet, wodurch es diese um und/oder durchströmt.
Das zweite Kühlmittel zirkuliert durch die Pumpe in dem Kreislauf, wobei es aufgenommene Wärme an das erste Kühlmittel überträgt.
Das Statorgehäuse ist so in der Strömung des ersten Kühlmittels angeordnet, dass eine Verlustwärme, welche im zweiten Kühlmittel durch das Statorgehäuse transportiert wird, über die Oberfläche des Statorgehäuses an das erste Kühlmittel abgegeben wird. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass das vorhandene Antriebsmittel eine weitere Funktion zur Forderung des ersten Kühlmittels übernimmt.
Vorzugsweise sind als Mittel zur Strömungsführung Gehäusewände, Gehäuseöffnungen, Schaufelgeometrien und/oder Verdichtergeometrien vorgesehen.
Vorzugsweise weist das Statorgehäuse eine Oberflächenvergrößerung zum Beispiel durch Kühlrippen zum besseren Wärmeübertrag zwischen den Kühlmitteln auf.
Vorzugsweise erstreckt sich das Antriebsmittel in radiale Richtung überwiegend über das Statorgehäuse hinaus.
Vorzugsweise ist die Antriebsmaschine als Außenläufer ausgeführt. Dies bedeutet, dass der aktive Teil des Rotors sich radial außerhalb des aktiven Teils des Stators befindet. Als aktive Teile von Stator und Rotor werden die Teile bezeichnet, welche durch ihre magnetische Wirkung eine Kraft erzeugen. Aufgrund der Ausführungsform als Außenläufer ist der Durchmesser des ringförmigen Spaltes besonders groß ausgeführt, wodurch der radial außen liegende flache Rotor eine besonders vorteilhafte kompakte Bauweise der Antriebsmaschine ermöglicht.
Vorzugsweise weist der Rotor Oberflächenmagnete auf, welche sich auf der radialen Innenseite des Rotors befinden.
Dadurch kann der Abstand zwischen den Magneten des Rotors und den Wicklungen des Stators möglichst geringgehalten werden, was sich besonders vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Antriebsmaschine auswirkt. Außerdem ermöglicht diese Ausführungsform einen besonders flachen Rotor und damit eine sehr kompakte Antriebsmaschine.
Vorzugsweise besteht das Rotorblechpaket und/oder das Statorblechpaket aus einer Vielzahl von Eisen-Cobalt-Blechen.
Vorzugsweise ist die elektrische Antriebsmaschine eine permanent erregte Synchromaschine.
Vorzugsweise wird die Antriebsmaschine in einem Flugobjekt eingesetzt.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Figuren näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 einen axialen Teilschnitt einer Antriebsmaschine mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
2 einen radialen Schnitt der Antriebsmaschine in 1 gemäß Schnittlinie A-A
3 einen axialen Teilschnitt einer Antriebsmaschine mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
4 eine Draufsicht auf ein Objekt mit der erfindungsgemäßen Antriebsmaschine

1 zeigt einen axialen Teilschnitt einer Antriebsmaschine 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung. Die Antriebsmaschine 1 beinhaltet einen Stator 2 und einen Rotor 3.
Der Rotor 3 beinhaltet Magnete 4 welche am Rotorblechpaket 5 befestigt sind, sowie einen Rotorträger 6 welcher das Rotorblechpaket 5 aufnimmt. Der Rotorträger 6 ist mit der Rotorwelle 7 verbunden. Am axial äußeren Ende der Rotorwelle 7 ist das Antriebsmittel 8 befestigt.
In dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsmittel 8 ein Propeller, welcher durch eine Drehbewegung das erste Kühlmittel 17 hier insbesondere Luft in eine zur Antriebsmaschine axiale Richtung beschleunigt, wodurch eine Gegenkraft auf den Propeller und somit auf die Antriebsmaschine 1 wirkt. Durch das Anbringen einer oder mehrere Antriebsmaschinen 1 an einem Objekt 29, wirkt diese Kraft auf das Objekt 29, wodurch das Objekt 29 in eine Richtung bewegt werden kann. Die auf das Objekt 29 wirkende Kraft ist abhängig von der Ausgestaltung der Antriebsmaschinen 1 sowie der Drehzahl des Antriebsmittels 8.
In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Antriebsmaschine 1 als Außenläufer ausgeführt, dies bedeutet, dass sich das Rotorblechpaket 5 außerhalb des Statorblechpakets 11 erstreckt. Zwischen Rotor 3 und Stator 2 befindet sich ein Spalt 25, in welchem das erste Kühlmittel 17 hier insbesondere Luft strömt und dadurch den Stator 2 und den Rotor 3 kühlt. Aufgrund der Ausführungsform als Außenläufer ist der Durchmesser des ringförmigen Spaltes 25 besonders groß ausgeführt, wodurch der radial außen liegende flache Rotor 3 eine besonders vorteilhafte kompakte Bauweise der Antriebsmaschine 1 ermöglicht.
Der Rotor 3 ist über eine Lagerung 9 radial drehbar mit dem Stator 2 verbunden. Der Stator 2 beinhaltet ein Statorgehäuse 10, welches das Statorblechpaket 11 aufnimmt. Im Statorblechpaket 11 verlaufen die Wicklungen 12 welche aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise Kupfer, bestehen. An beiden axialen Enden der Wicklungen 12 befinden sich jeweils ein Wickelkopf 13 bzw. 14.
Die Wicklungen 12 sind über die AC Anschlüsse 15 mit einem Energieversorger, zum Beispiel einem in dieser Ausführungsform nicht dargestellten Wechselrichterverbunden.
Das Statorgehäuse 10 beinhaltet außerdem Kühlkanäle 16 welche von einem zweiten Kühlmittel 18 durchströmt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dieses zweite Kühlmittel 18 ein elektrisch nichtleitendes flüssiges Medium, wodurch das zweite Kühlmittel 18 direkt an den Strom führenden Bauteilen, wie Wicklung 12 und/oder AC Anschluss 15, strömen und somit äußerst effektiv entstehende Wärme aufnehmen und/oder abgeben kann.
Der vom zweiten Kühlmittel 18 durchströmte Statorbereich 19 wird durch ein dünnwandiges spaltrohrartiges Element 20 fluidisch zum zwischen Rotor 3 und Stator 2 befindlichen Spalt 25 abgedichtet. Das spaltrohrartige Element 20 kann als hartes Bauteil beispielsweise durch Transfer Molding oder durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden. In einer anderen Ausführungsform kann das spaltrohrartige Element 20 auch als flexibles Element beispielsweise aus glasfaserverstärkten Kunststoffen hergestellt werden. Das spaltrohrartige Element 20 wird mit Hilfe von Spaltrohrdichtungen 21 zum Statorgehäuse 10 hin abgedichtet. Das zweite Kühlmittel 18 kann mit Hilfe eine Pumpe 22 innerhalb des Kühlkanals 16 durch das Statorgehäuse 10 befördert werden. Die Pumpe 22 ist in dieser beispielhaften Ausführung axial zur Rotorwelle 7 platziert und mit der Rotorwelle 7 verbunden.
Durch eine durch die Antriebsmaschine 1 erzeugte Rotation wird hierbei auch die Pumpe 22 angetrieben. Die Pumpe 22 kann mit der Rotordrehzahl und/oder durch eine Drehzahlübersetzung mit einer anderen Drehzahl als die Rotordrehzahl betrieben werden. Durch das rotatorische Antreiben der Pumpe 22 wird das zweite Kühlmittel 18 in den Kühlkanäle 16 durch das Statorgehäuse 10 gepumpt.
In der hier dargestellten Ausführungsform, umschließt das Statorgehäuse 10 radial den Rotorträger 6, wodurch sich das Statorgehäuse 10 sowohl radial innerhalb als auch radial außerhalb des Rotorträgers 6 befindet. Das Statorgehäuse 10 kann Oberflächenvergrößerungen 23 in Form von beispielsweise Kühlrippen aufweisen. Mithilfe von Mitteln zur Strömungsführung 24 kann das erste Kühlmittel 17, welches in diesem Fall vorzugsweise ein gasförmiges Fluid, beispielsweise Luft sein kann, gezielt durch und/oder um die Antriebsmaschine 1 herumgeführt werden. Mittel zur Strömungsführung 24 sind beispielsweise fluidundurchlässige Gehäusewände 26, welche die Fluidströmung führen oder Gehäuseöffnungen 27, welche ein Fluid gezielt an bestimmten Positionen in die Antriebsmaschine 1 ein und/oder ausströmen lassen. Mittel zur Strömungsführung 24 können außerdem Schaufelgeometrien/Verdichtungsgeometrien 28 sein, welche durch die von der Antriebsmaschine 1 erzeugten rotatorischen Bewegung das erste Kühlmittel 17 beschleunigen und oder verdichten können. Die vom Antriebsmittel 8 erzeugte Strömung des ersten Kühlmittels 17 kann hierdurch gezielt durch das Statorgehäuse 10 vorbei am Rotor 3 geleitet werden, wodurch das erste Kühlmittel 17, Abwärme von zu kühlenden Bauteilen wie beispielsweise dem Rotorblechpaket 5 und/oder den Magneten 4 aufnimmt und hierdurch diese Bauteile kühlt.
Das durch das Antriebsmittel 9 in Strömung versetzte erste Kühlmittel 17 strömt außerdem an der Gehäusewand 26 des Statorgehäuses 10 entlang. Das durch die Pumpe 22 in Strömung versetzte zweite Kühlmittel 18, welches vorzugsweise ein flüssiges Fluid, beispielsweise eine nicht leitende Flüssigkeit sein kann, durchströmt das Statorgehäuse 10, wodurch es die aufgenommene Wärme über die Gehäusewand 26 an das erste Kühlmittel 17 abgibt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kühlkanal 16 nahe der vom ersten Kühlmittel 17 umströmten Gehäusewand 26 platziert ist, wodurch der thermische Widerstand zwischen dem ersten Kühlmittel 17 und dem zweiten Kühlmittel 18 gering ist.
2 zeigt einen radialen Schnitt der Antriebsmaschine 1 in 1 gemäß Schnittlinie A - A.
Der vom Stator 2 radial umschlossene Teil des Rotors 3 umfasst das Rotorblechpaket 5, welches sich radial außerhalb der Magnete 4 befindet, welches vom radial außerhalb liegenden Rotorträger 6 aufgenommen wird.
Die Magnete 4 sind vorzugsweise als Oberflächenmagnete ausgeführt, so dass der Abstand zwischen den Magneten 4 des Rotors 3 und den Wicklungen 12 des Stators 2 möglichst gering ist, was sich besonders vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Antriebsmaschine 1 auswirkt.
Die Oberflächenmagnete können in einem Ausführungsbeispiel in einer Halbach-Anordnung platziert werden.
Die Halbach-Anordnung ist eine spezielle Konfiguration von Permanentmagneten, deren Magnetisierungsrichtung gegeneinander jeweils um 90° in Richtung der Längsachse der Anordnung gekippt ist.
Durch diese bevorzugte Ausführungsform kann der Rotor besonders flach gehalten werden.
Beim Betrieb der Vorrichtung in einem eingeschränkten Betriebsbereich kann mit den Oberflächenmagneten, welche eine hohe Magnetmasse und einen hohen Fluss aufweisen, eine hohe Effizienz in diesem eingeschränkten Betriebsbereich erzielt werden und gleichzeitig die Drehmomentdichte gesteigert werden.
Der Rotor 3 weist axiale Nuten 31 auf, in welchen sich die Wicklungen 12 befinden. Das zweite Kühlmittel 18 strömt in dieser Ausführungsform direkt in den Nuten 31 entlang der Wicklungen 12 sowie radial außen durch das Statorgehäuse 10.
Durch diese besonders effiziente Kühlung kann eine hohe Stromdichte in den Wicklungen 12 bereitgestellt werden, wodurch eine hohe Windungszahl in den Wicklungen 12 und dadurch eine hohe Drehmomentdichte bereitgestellt werden kann. Durch die hohe Stromdichte, können außerdem die Nuten klein ausgeführt werden, wodurch der Materialanteil des Statorblechpakets 11 steigt, was zu einer besonders vorteilhaften Flussführung und dadurch wiederum zu einer hohen Drehmomentdichte führt.
Das erste Kühlmittel 17 strömt sowohl außerhalb des Stator Gehäuses 10 als auch im Spalt 25 zwischen Rotor 3 und Stator 2 in axialer Richtung und wird in 2 durch Pfeile, welche im Lot aus der Blattrichtung heraus zeigen verdeutlicht.
Durch diese besonders vorteilhafte Strömung des ersten Kühlmittels 17 kann gezielt, Abwärme von zu kühlenden Bauteilen wie beispielsweise dem Rotorblechpaket 5 und/oder den Magneten 4 aufgenommen werden, um diese Bauteile zu kühlen. Durch diese Kühlung können beispielsweise Magnete 4, welche eine besonders hohe Remanenzflussdichte aber dafür eine niedrige Temperaturfestigkeit aufweisen, eingesetzt werden.
Das zweite Kühlmittel 18 kann ebenfalls durch Kühlkanäle 16, welche sich in axialer Richtung durch das Startorblechpaket 11 erstrecken, strömen. Diese Kühlkanäle 16 können zusätzlich oder alternativ zu einer direkten Durchströmung durch die Nuten 31 angeordnet werden.
2 zeigt ebenfalls die Abdichtung des vom zweiten Kühlmittel durchströmten Statorbereichs 19 zum Spalt 25 mit Hilfe des spaltrohrartigen Elements 20. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass durch diese Abdichtung das zweite Kühlmittel 18 nicht in Kontakt, mit dem in rotatorischer Richtung beweglichen Rotors tritt. Hierdurch können Reibungsverluste beim Betrieb der Antriebsmaschine 1 reduziert werden.
3 zeigt ein Statorgehäuse 10 mit einer alternativen Kühlkanalanordnung. Hierbei strömt das zweite Kühlmittel 18, welches durch die entsprechende Schraffur gekennzeichnet ist, mittig zur Stator Wicklung 12 ein und wird anschließend auf zwei parallele Strömungspfade aufgeteilt. Ein erster Teil des zweiten Kühlmittels 18 strömt anschließend über einen ersten Wickelkopf 13, ein zweiter Teil des zweiten Kühlmittels 18 strömt über einen zweiten Wickelkopf 14 und wird anschließend in einem Kühlkanal 16 zusammengeführt. Das zweite Kühlmittel 18 strömt anschließend durch den radial außen liegenden Teil des Statorgehäuses 10 zur Pumpe 22 und wird von dieser in Richtung Stator Wicklung 12 gepumpt, wodurch der Kreislauf geschlossen ist.
4 zeigt eine Draufsicht auf ein Objekt 29 mit vier erfindungsgemäßen Antriebsmaschinen 1. Diese Antriebsmaschinen 1 sind außerhalb des Grundkörpers 30 des Objektes 29 angebracht. Bei einer Rotation des an der Antriebsmaschine 1 angebrachten, hier nicht dargestellten, Antriebsmittel 8 entsteht eine Strömung des ersten Kühlmittels 17 in eine Richtung, wodurch eine Kraft entgegengesetzt der Strömungsrichtung des ersten Kühlmittels 17 auf das Objekt 29 wirkt. Der Betrag der wirkenden Kraft kann mit Hilfe einer Variation der Antriebsdrehzahl variiert werden, wodurch sich das Objekt 29 in Wirkrichtung der Kraft bewegen kann.
In weiteren Ausführungsformen wäre auch ein Objekt 29 mit mehr als 4 Antriebsmaschinen 1, oder auch ein Objekt 29 mit weniger als 4 Antriebsmaschinen 1 möglich. Die vom Antriebsmittel erzeugten Kräfte können hierbei in unterschiedliche Richtungen wirken, wodurch die Bewegungsrichtung des Objektes beeinflusst werden kann.
Das erste Kühlmittel 17, welches beim Verdrängen durch das Antriebsmittel 8 eine Kraft auf die Antriebsmaschine 1 erzeugt kann ein gasartiges Fluid und/oder ein flüssiges Fluid sein.
Das Objekt 1 kann ein Objekt zum Befördern von Personen und/oder anderen Objekten sein.
Der Wärmeübergang von dem ersten Kühlmittel 17 auf das zweite Kühlmittel 18 kann durch ein positives Vorzeichen Wärme vom ersten Kühlmittel 17 auf das zweite Kühlmittel 18 übertragen, wodurch der Wärmeinhalt im ersten Kühlmittel 17 reduziert wird.
Der Wärmeübergang von dem ersten Kühlmittel 17 auf das zweite Kühlmittel 18 kann auch ein negatives Vorzeichen aufweisen, wodurch Wärme vom zweiten Kühlmittel auf das erste Kühlmittel 17 übertragen und dadurch der Wärmeinhalt vom ersten Kühlmittel 17 erhöht wird.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsmaschine
2: Stator
3: Rotor
4: Magnete
5: Rotorblechpaket
6: Rotorträger
7: Rotor Welle
8: Antriebsmittel
9: Lagerung
10: Statorgehäuse
11: Statorblechpaket
12: Wicklungen
13: Wickelkopf 1
14: Wickelkopf 2
15: AC Anschluss
16: Kühkanal
17: Erstes Kühlmittel
18: Zweites Kühlmittel
19: Durchströmter Statorbereich
20: Spaltrohrartiges Element
21: Spaltrohrdichtung
22: Pumpe
23: Oberflächenvergrößerung
24: Mittel zur Strömungsführung
25: Spalt
26: Gehäusewand
27: Gehäuseöffnung
28: Schaufelgeomentrie / Verdichtergeometrie
29: Objekt
30: Grundkörper eines Objektes
31: Nuten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017212798 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Antriebsmaschine (1) für ein Objekt (29) welche einen Stator (2) mit einem Statorgehäuse (10) und einem Rotor (3), welcher am Statorgehäuse (10) rotatorisch beweglich gelagert und mit einem Antriebsmittel (8) zum Erzeugen einer auf das Objekt (29) wirkende Kraft verbunden ist umfasst, durch ein erstes Kühlmittel (17) und ein zweites Kühlmittel (18), wobei das Antriebsmittel (8) durch rotatorische Bewegung eine Strömung des ersten Kühlmittels (17) erzeugt, wobei das erste Kühlmittel (17), mithilfe von Mitteln zur Strömungsführung (24) die elektrische Antriebsmaschine (1) um und/oder durchströmt, wobei das zweite Kühlmittel (18) in einem Kühlkanal (16) zirkuliert und aufgenommene Wärme an das erste Kühlmittel (17) überträgt dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kühlmittel (18) mithilfe einer von der Antriebsmaschine (1) angetriebenen Pumpe (22) in dem Kühlkanal (16) zirkuliert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (22) koaxial zur Achse des Rotors (3) platziert ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, der Stator (2) Wickelköpfe (13; 14) und Wicklungen (12), welche in axial zur Achse des Antriebs ausgerichteten Nuten (31) verlaufen, umfasst, wobei das zweite Kühlmittel (18) die Nuten (31) axial in direktem Kontakt zu den Wicklungen (12) durchströmt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, sich zwischen Stator (2) und Rotor (3) ein Spalt (25) befindet, wobei ein vom zweiten Kühlmittel (18) durchströmter Statorbereich (19) mithilfe eines festen oder flexiblen dünnwandigen spaltohrartigen Elements (20) gegenüber dem Spalt (25) abgedichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, der Stator (2) Wickelköpfe (13; 14), Wicklungen (12) und Kühlkanäle (16) umfasst, wobei die Strömung des zweiten Kühlmittels (18) • über einen ersten Wickelkopf (13) des Stators (2) und/oder • über die Wicklungen (12) des Stators (2) und/oder • über einen zweiten Wickelkopf (14) des Stators (2) und/oder • über Kühlkanäle (16) durch ein, radial außerhalb des Rotorträgers (6) platziertes, Statorgehäuse (10) und/oder • über die Pumpe (22) zirkuliert.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, der Stator (2) Wickelköpfe (13; 14), Wicklungen (12) und Kühlkanäle (16) umfasst, wobei die Strömung des zweiten Kühlmittels (18) • Mittig über die Wicklungen (12) des Stators (2) und/oder • Parallel über beide Wickelköpfe (13; 14) und/oder • über Kühlkanäle (16) durch ein, radial außerhalb des Rotorträgers (6) platziertes, Statorgehäuse (10) und/oder • über die Pumpe (22) zirkuliert.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, das zweite Kühlmittel (18) ein Dielektrikum ist, welches eine maximale Dichte von 0,75 kg/l bei 15°C und/oder eine maximale Viskosität von 6 mm²/s bei 40°C und/oder eine minimale Wärmekapazität von 2,3 kJ/(kg*K) bei 80°C und/oder eine minimale Wärmeleitfähigkeit von 0,12 W/(m/K) bei 80°C und/oder eine maximale elektrische Leitfähigkeit von 1000 nS/m bei 25°C besitzt.
Vorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Antriebsmaschine (1) für ein Objekt (29) welche einen Stator (2) mit einem Statorgehäuse (10) und einem Rotor (3) welcher am Statorgehäuse (10) rotatorisch beweglich gelagert und mit einem Antriebsmittel (8) zum Erzeugen einer auf das Objekt (29) wirkende Kraft verbunden ist umfasst, durch ein erstes Kühlmittel (17) und ein zweites Kühlmittel (18), wobei das Antriebsmittel (8) durch rotatorische Bewegung eine Strömung des ersten Kühlmittels (17) erzeugt, wobei das erste Kühlmittel (17) mithilfe von Mitteln zur Strömungsführung (24) die elektrische Antriebsmaschine (1) um und/oder durchströmt, wobei die Mittel zur Strömungsführung (24) die durch das Antriebsmittel (8) erzeugte Strömung des ersten Kühlmittels (17) gezielt durch das Statorgehäuse (10) an die zu kühlenden Bauteile leitet, wobei das zweite Kühlmittel (18) in einem Kühlkanal (16) zirkuliert und aufgenommene Wärme an das erste Kühlmittel (17) überträgt dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (10) so in der Strömung des ersten Kühlmittels (17) angeordnet ist, dass eine Verlustwärme, welche im zweiten Kühlmittel (18) durch das Statorgehäuse (10) transportiert wird über die Oberfläche des Statorgehäuses (10) an das erste Kühlmittel (7) abgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Strömungsführung (24) insbesondere Gehäusewände (26), Gehäuseöffnungen (27), Schaufelgeometrien und/oder Verdichtergeometrien (28) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (10) eine Oberflächenvergrößerung (23) zur besseren Wärmeübertragung, vom zweiten Kühlmittel (18) auf das erste Kühlmittel (17) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass sich das Antriebsmittel (8) in radiale Richtung überwiegend über das Statorgehäuse (10) hinaus erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass, die Antriebsmaschine ein Außenläufer ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass, der Rotor (3) Oberflächenmagnete (4) aufweist, welche sich auf der radialen Innenseite des Rotors befinden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass, das Rotorblechpaket (5) und/oder das Statorblechpaket (11) aus einer Vielzahl von Eisen-Cobalt-Blechen besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass, die elektrische Antriebsmaschine eine permanent erregte Synchronmaschine ist.
Antriebsmaschine für ein Flugobjekt mit einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche.