DE102022133973A1

DE102022133973A1 - Elektromotor mit HV-Anschluss

Info

Publication number: DE102022133973A1
Application number: DE102022133973.4A
Authority: DE
Inventors: Philipp Söntgerath
Original assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2024-06-20

Abstract

Bei einer elektrischen Maschine (10) mit einem Rotor (12), einem Stator (16), einem HV-Anschluss (22) und einem Kühlmittelströmungspfad (24), weist der HV-Anschluss (22) Leiterstäbe (42) auf, die in Wärmekontakt mit dem Kühlmittelstrom (24) sind, so dass Wärme an ein durch den Kühlmittelströmungspfad (24) strömendes Kühlmittel abgegeben werden kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem Rotor, einem Stator, einem HV-Anschluss und einem Kühlmittelströmungspfad. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Elektromotor der Art, die für den Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt wird. Die Fahrzeuge können insbesondere Nutzfahrzeuge oder Personenkraftwagen, die entweder komplett mit elektrischer Energie betrieben werden oder Hybridfahrzeuge sind, sein.
Bekanntermaßen sollten elektrische Maschinen, die zum Antreiben von Fahrzeugen eingesetzt werden, gekühlt werden, um zu verhindern, dass die während des Betriebs erzeugte Abwärme zu übermäßig hohen Temperaturen führt. Bekanntermaßen wird ein Kühlmittel (beispielsweise Öl) durch gewisse Teile der elektrischen Maschine geleitet, um die Abwärme zu einem externen Wärmetauscher zu transportieren, wo sie dann an die Umgebung abgegeben wird.
Der Trend zu höherer Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschinen und zu höheren Leistungsdichten führt dazu, dass mehr Wärme in dem HV-Anschluss der elektrischen Maschine erzeugt wird.
Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, die Betriebstemperatur des HV-Anschlusses auf einem niedrigen Niveau zu halten.
Zum Lösen dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine elektrische Maschine bereit, bei der der HV-Anschluss Leiterstäbe aufweist, die in Wärmekontakt mit dem Kühlmittelstrom sind, so dass Wärme an ein durch den Kühlmittelströmungspfad strömendes Kühlmittel abgegeben werden kann. Die Erfindung beruht auf dem Konzept, das Kühlmittel, das durch den Stator und den Rotor strömt, nicht nur zur Ableitung der Wärme, die in diesen Komponenten erzeugt wird, zu verwenden, sondern das Kühlmittel auch zum Ableiten der in dem HV-Anschluss erzeugten Abwärme zu verwenden. Dadurch wird das Halten der Betriebstemperatur des HV-Anschlusses auf einem niedrigen Niveau gestattet.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Leiter in einer Kühlmitteleinheit, die an einem Gehäuse der elektrischen Maschine angebracht ist, eingekapselt, wobei die Kühlmitteleinheit einen Kühlmittelkanal aufweist. Bei dieser Ausführungsform weist der HV-Anschluss einen eigens vorgesehenen Kühlmittelkanal auf, der sicherstellt, dass das Kühlmittel dahingehend durch die Kühlmitteleinheit geleitet wird, die in dem HV-Anschluss erzeugte Abwärme aufzunehmen.
Der Kühlmittelkanal ist mit einem Kühlmittelströmungspfad der elektrischen Maschine verbunden, so dass keine separate externe Kühlmittelquelle erforderlich ist.
Der Kühlmittelkanal der Kühlmitteleinheit ist vorzugsweise Teil des Kühlmittelströmungspfads, so dass das gesamte Kühlmittel durch den Kühlmittelströmungspfad zirkuliert, wodurch sichergestellt wird, dass die Kühlmitteldurchsatzrate in jedem Betriebszustand der elektrischen Maschine zum Ableiten der Abwärme ausreichend ist.
Bei einer Ausführungsform wird der Kühlmittelkanal durch Sacklöcher gebildet, wobei mindestens einige der Sacklöcher an ihrem äußeren Ende verschlossen sind, so dass Segmente des Kühlmittelkanals gebildet werden. Das Bilden des Kühlmittelkanals aus mehreren Segmenten ist insofern vorteilhaft für die Herstellung der Kühlmitteleinheit, als die Kanäle durch Spritzgießen gebildet werden können.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Leiter in einen Isolator eingebettet, wobei der Isolator an einem Gehäuse der elektrischen Maschine angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform wird keine separate Kühleinheit für den HV-Anschluss eingesetzt. Stattdessen ist der HV-Anschluss an einer Position an dem Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt, an der die erzeugte Abwärme zu dem Kühlmittel, das durch die elektrische Maschine geleitet wird, abgeleitet wird.
Vorzugsweise ist ein eigens vorgesehener HV-Kühlmittelkanal in dem Gehäuse angrenzend an die Stelle, an der der Isolator befestigt ist, ausgebildet. Der eigens vorgesehene HV-Kühlmittelkanal kann von einem Hauptkühlmittelkanal abgezweigt sein. Vorzugsweise ist der Isolator jedoch angrenzend an einen Kanal, der das gesamte Kühlmittel enthält, befestigt. Dies ist insofern von Vorteil, als der Strömungswiderstand in einem einzigen größeren Kühlmittelkanal im Vergleich zu mehreren kleineren Kanälen geringer ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse mit einem mittigen Gehäuseteil und einem Lagerschild versehen, wobei der HV-Anschluss an dem Lagerschild angeordnet ist. Dies ist insofern von Vorteil, als der HV-Anschluss und seine eigens vorgesehene Kühlung unabhängig von den Komponenten, die in dem mittigen Gehäuseteil untergebracht sind, befestigt werden können.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 einen schematischen Querschnitt durch eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung des Kühlmittelströmungspfads der elektrischen Maschine von 1,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Lagerschilds einer elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 4 eine Teilschnittansicht des Lagerschilds von 3 von oben,
- 5 eine Frontansicht eines Teils des Lagerschilds von 3, und
- 6 eine schematische Darstellung des Kühlmittelstroms in einer elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In 1 wird eine elektrische Maschine 10 schematisch gezeigt. Die elektrische Maschine ist insbesondere ein Elektromotor, der zum Antreiben eines Fahrzeugs, wie z. B. eines Nutzfahrzeugs oder eines Personenkraftwagens, eingesetzt wird. Das Fahrzeug kann nur mit elektrischer Energie betrieben werden, oder der Elektromotor kann zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden.
Die elektrische Maschine 10 weist einen Rotor 12 auf, der auf einer Rotorwelle 14 befestigt ist.
Der Rotor 12 wird von einem Stator 16 umgeben, der in einem mittigen Gehäuseteil 18 befestigt ist.
An dem mittigen Gehäuseteil 18 ist ein Lagerschild 20 befestigt, das zusammen mit dem mittigen Gehäuseteil 18 das Gehäuse der elektrischen Maschine 10 bildet.
Die Rotorwelle 14 ist drehbar in dem Gehäuse, das aus den Teilen 18, 20 gebildet wird, befestigt.
Ein HV-Anschluss 22 ist vorgesehen, der den Strom von einer externen Quelle zu dem Stator 16 führt. Der HV-Anschluss 22 ist hier an dem Lagerschild 20 angeordnet.
Ein Kühlmittelströmungspfad 24 (siehe auch 2) ist zum Leiten eines Kühlmittels durch die elektrische Maschine 10 vorgesehen. Das Kühlmittel kann insbesondere Öl sein.
Der Kühlmittelströmungspfad 24 weist einen Einlass 26, einen Kühlmittelkanal 28 und einen Kühlmittelauslass 30 auf. Wie in 2 zu sehen ist, leitet der Kühlmittelströmungspfad den gesamten Kühlmittelstrom durch die verschiedenen Elemente, die Abwärme erzeugen, und zwar den Stator 16, den Rotor 12 und den HV-Anschluss 22.
Die Reihenfolge, in der das Kühlmittel durch die Elemente 12, 16, 22 strömt, kann sich jedoch von der in 2 gezeigten Reihenfolge unterscheiden. Es ist wichtig anzumerken, dass der gesamte Kühlmittelstrom, der in die elektrische Maschine 10 eintritt, in Reihe durch die verschiedenen Elemente geleitet und dann dahingehend aus der elektrischen Maschine 10 herausgeleitet wird, die Abwärme an die Umwelt abzugeben, beispielsweise über einen Wärmetauscher.
Eine erste Ausführungsform der elektrischen Maschine wird in 3 bis 5 gezeigt.
Hier wird eine Kühlmitteleinheit 40 zum Abführen von Abwärme des HV-Anschlusses 20 verwendet. Der HV-Anschluss 22 umfasst hier mehrere Leiterstäbe 42, die aus Kupfer oder einem ähnlichen Material mit einem geringen elektrischen Widerstand hergestellt sind.
Die Leiterstäbe 42 sind in der Kühlmitteleinheit 40 eingekapselt, wobei die Kühlmitteleinheit 40 wiederum an dem Lagerschild 20 der elektrischen Maschine 10 befestigt ist.
Die Kühlmitteleinheit 40 weist einen Kühlmittelkanal 44 auf, der sich von einer Einlassseite 46 zu einer Auslassseite 48 erstreckt. Wie insbesondere in 4 zu sehen ist, besteht der Kühlmittelkanal 44 aus mehreren geraden Bereichen, wobei das stromabwärtige Ende eines Segments in das stromaufwärtige Ende des folgenden Segments übergeht.
Zwei der Segmente (mit Bezugszeichen 50 gekennzeichnet) sind als Sacklöcher ausgebildet, die zur Außenseite der Kühlmitteleinheit 40 hin mit Verschlusselementen 52 verschlossen sind. Wie besonders in 4 zu sehen ist, ist ein schleifenartiger Kühlmittelkanal 44 ausgebildet.
Die Leiterstäbe 42 sind in einem Isolator 54 eingebettet, der aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist.
Wie insbesondere in 3 und 4 zu sehen ist, sind die Leiterstäbe 42 und der Isolator 54 gebogen ausgebildet, wobei sich der Scheitelpunkt des gebogenen Abschnitts zwischen den Segmenten des Kühlmittelkanals 44 erstreckt. Dadurch wird sichergestellt, dass Abwärme, die in den Leiterstäben 42 erzeugt wird, über eine kurze Strecke hinweg zu dem Kühlmittelkanal 44 abgeleitet wird.
Wenn die Kühlmitteleinheit 40 an dem Lagerschild 20 befestigt ist, ist die Einlassseite 46 des Kühlmittelkanals 44 mit dem Kühlmittelströmungspfad in der elektrischen Maschine verbunden und ist die Auslassseite 48 beispielsweise mit einem Kühlmittelauslass 30 der elektrischen Maschine 10 verbunden. Somit ist die Kühlmitteleinheit 40 mit dem Kühlmittelströmungspfad verbunden und nimmt während des Betriebs der elektrischen Maschine 10 den gesamten Kühlmittelstrom auf.
6 zeigt eine alternative Ausführungsform. Für die aus der ersten Ausführungsform bekannten Elemente werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, und es wird auf die vorstehenden Anmerkungen Bezug genommen.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der HV-Anschluss 22 an einer an den Kühlmittelkanal 28 angrenzenden Position an dem Gehäuse 18, 20 befestigt. Bei der Trennung zwischen dem Kühlmittelkanal 28 und dem HV-Anschluss 22 kann es sich um eine Gehäusewand 60 handeln. Dadurch wird das Ableiten der Abwärme auf sehr effektive Art und Weise gestattet.

Claims

Elektrische Maschine (10) mit einem Rotor (12), einem Stator (16), einem HV-Anschluss (22) und einem Kühlmittelströmungspfad (24), wobei der HV-Anschluss (22) Leiterstäbe (42) aufweist, die in Wärmekontakt mit dem Kühlmittelstrom (24) sind, so dass Wärme an ein durch den Kühlmittelströmungspfad (24) strömendes Kühlmittel abgegeben werden kann.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, wobei die Leiter in einer Kühlmitteleinheit (40), die an einem Gehäuse (18, 20) der elektrischen Maschine (10) angebracht ist, eingekapselt sind, wobei die Kühlmitteleinheit (40) einen Kühlmittelkanal (44) aufweist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 2, wobei der Kühlmittelkanal mit einem Kühlmittelströmungspfad (24) der elektrischen Maschine verbunden ist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 3, wobei der Kühlmittelkanal Teil des Kühlmittelströmungspfads ist, so dass das gesamte Kühlmittel durch den Kühlmittelströmungspfad (24) zirkuliert.
Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Kühlmittelkanal durch Sacklöcher (50) gebildet wird, wobei mindestens einige der Sacklöcher an ihrem äußeren Ende verschlossen sind, so dass Segmente des Kühlmittelkanals gebildet werden.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, wobei die Leiter (42) in einen Isolator (54) eingebettet sind, wobei der Isolator (54) an einem Gehäuse (18, 20) der elektrischen Maschine (10) angebracht ist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 6, wobei ein eigens vorgesehener HV-Kühlmittelkanal in dem Gehäuse (18, 20) angrenzend an die Stelle, an der der Isolator (54) befestigt ist, ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 6, wobei der Isolator (54) angrenzend an einen Kanal, der das gesamte Kühlmittel enthält, befestigt ist.
Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse mit einem mittigen Gehäuseteil (18) und einem Lagerschild (20) versehen ist, wobei der HV-Anschluss (22) an dem Lagerschild (18) angeordnet ist.