DE112011103485T5

DE112011103485T5 - Aufgeteiltes Abflusssystem und -verfahren für ein Elektromaschinenmodul

Info

Publication number: DE112011103485T5
Application number: DE112011103485T
Authority: DE
Inventors: Michael D. Bradfield
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US8546983B2; WO2012050731A3; US20120091834A1; CN103155367B; CN103155367A; WO2012050731A2; KR20130124325A

Abstract

Ausführungsformen der Erfindung sehen ein Elektromaschinenmodul vor, das ein Modulgehäuse mit einer Innenwand und zumindest eine Endkappe umfasst. Das Modul kann zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum definieren. Das Elektromaschinenmodul kann ebenso mindestens zwei Abflusslöcher umfassen, die im Wesentlichen in Umfangsrichtung voneinander entfernt platziert sind und sich durch einen unteren Abschnitt des Modulgehäuses erstrecken. Die mindestens zwei Abflusslöcher können schwerkraftgespeiste Fluidwege aus dem Maschinenhohlraum bereitstellen.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese internationale Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung 12/904,848, eingereicht am 14. Oktober 2010, deren Inhalt vollumfänglich hierin durch Bezugnahme umfasst wird.
HINTERGRUND
Herkömmliche Verfahren zum Kühlen einer Elektromaschine umfassen das Herumführen eines Kühlmittels um eine äußere Umgebung der Elektromaschine innerhalb eines Kühlmantels. Das Kühlmittel entzieht einer Elektromaschine Wärme. Bei manchen Maschinenkonstruktionen wird der Grad der Wärmeabführung erhöht, indem Kühlmittel aus dem Kühlmantel direkt auf Windungsköpfe des Stators gesprüht wird. Die Schwerkraft kann das versprühte Kühlmittel zum Boden des Gehäuse der Elektromaschine abfließen lassen, und ein Abflussloch befindet sich oftmals in der Nähe des Bodens des Gehäuses, um das Kühlmittel abzuführen. Typischerweise befindet sich der Abfluss am geometrischen unteren Mittelpunkt des Gehäuses.
Wenn er für das schwerkraftgespeiste Abfließen korrekt dimensioniert ist, ermöglicht es der typische Ort des Abflusses nicht, dass das verbrauchte Kühlmittel sich im Wesentlichen am Boden des Gehäuses ansammelt. Daher können untere Bereiche der Statorwicklungsköpfe überhitzen. Ferner können, wenn die Elektromaschine gekippt wird, übermäßige Mengen des Kühlmittels sich innerhalb des Gehäuses um die Elektromaschine herum ansammeln. Das angesammelte Kühlmittel kann einen Luftspalt zwischen dem Elektromaschinenstator und dem Elektromaschinenrotor überfluten, was Beeinträchtigungen hervorruft, wie etwa relativ große Drehverluste und/oder ein thermischer Ausfall der Elektromaschine.
ZUSAMMENFASSUNG
Einige Ausführungsformen der Erfindung sehen ein Elektromaschinenmodul vor, das ein Modulgehäuse, eine Innenwand und zumindest eine Endkappe umfasst. Das Modulgehäuse kann zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum definieren, und eine Elektromaschine kann zumindest teilweise innerhalb des Maschinenhohlraums eingeschlossen sein. Die Elektromaschine kann einen Stator und Statorwicklungsköpfe umfassen. Das Elektromaschinenmodul kann ebenso mindestens zwei Abflusslöcher umfassen, die im Wesentlichen in Umfangsrichtung voneinander entfernt platziert sind und sich durch einen unteren Abschnitt des Modulgehäuses erstrecken. Die mindestens zwei Abflusslöcher können schwerkraftgespeiste Fluidwege aus dem Maschinenhohlraum bereitstellen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sehen ein Elektromaschinenmodul vor, das ein Modulgehäuse mit einer Innenwand und zumindest eine Endkappe umfasst. Das Modulgehäuse kann zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum definieren, und eine Elektromaschine kann zumindest teilweise innerhalb des Maschinenhohlraums eingeschlossen sein. Die Elektromaschine kann einen Stator und Statorwicklungsköpfe umfassen. Das Elektromaschinenmodul kann auch ein erstes Abflussloch, das sich durch einen unteren Teil des Modulgehäuses in einem ersten Winkel von einer vertikalen Achse des Modulgehäuses in einer positiven Richtung erstreckt, und ein zweites Abflussloch umfassen, das sich durch den unteren Teil des Modulgehäuses in dem ersten Winkel von der vertikalen Achse in einer negativen Richtung erstreckt. Zumindest eines des ersten Abflusslochs und des zweiten Abflusslochs kann einen Fluidweg heraus aus dem Maschinenhohlraum bereitstellen, wenn das Modulgehäuse sich in einer im Wesentlichen aufrechten Position befindet, wenn das Modulgehäuse um einen zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position in eine erste Richtung gedreht wird, und wenn das Modulgehäuse um den zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position in eine zweite Richtung entgegen der ersten Richtung gedreht wird.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sehen ein Verfahren zum Kühlen eines Elektromaschinenmoduls vor. Das Verfahren kann das Bereitstellen eines Modulgehäuses umfassen, das eine Innenwand, zumindest eine Endkappe, einen Kühlmittelmantel und eine vertikale Achse umfasst. Das Modulgehäuse kann zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum definieren, und kann zumindest teilweise eine Elektromaschine innerhalb des Maschinenhohlraums einschließen. Die Elektromaschine kann einen Stator umfassen, der Statorwicklungsköpfe umfasst und einen Rotor umgrenzt, und einen radialen Luftspalt, der zwischen dem Stator und dem Rotor definiert ist. Das Verfahren kann ebenfalls umfassen: Bereitstellen einer Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen, die sich durch die Innenwand erstrecken und in Fluidverbindung mit zumindest dem Maschinenhohlraum und dem Kühlmittelmantel stehen, Einleiten eines Kühlmittels in den Kühlmittelmantel, und das Zirkulieren lassen des Kühlmittels vom Kühlmittelmantel durch die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen und in den Maschinenhohlraum. Das Verfahren kann des Weiteren umfassen: Platzieren eines ersten Abflusslochs, das sich durch einen unteren Teil des Modulgehäuses in einem ersten Winkel von einer vertikalen Achse des Modulgehäuses in einer positiven Richtung erstreckt, Platzieren eines zweiten Abflusslochs, das sich durch den unteren Teil des Modulgehäuses in dem ersten Winkel von der vertikalen Achse in einer negativen Richtung erstreckt, und Ansammeln des Kühlmittels zwischen dem ersten Abflussloch und dem zweiten Abflussloch bei einem Niveau angesammelten Kühlmittels, der die Statorwicklungsköpfe berührt und unterhalb des radialen Luftspalts bleibt.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Querschnittsansicht von vorne eines Elektromaschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Modulgehäuses eines Elektromaschinenmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine teilweise Querschnittsansicht von der Seite eines Elektromaschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine weitere teilweise Querschnittsansicht von der Seite eines Elektromaschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 ist eine teilweise Querschnittsansicht von der Seite eines herkömmlichen Elektromaschinenmoduls.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bevor irgendwelche Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht in ihrer Anwendung auf die Details der Konstruktion und die Anordnung von Komponenten beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen verdeutlich sind. Andere Ausführungsformen der Erfindung sind möglich, und sie kann auf verschiedene Weisen ausgeführt oder verwirklicht werden. Ebenso versteht es sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie den Zweck der Beschreibung hat und nicht als beschränkend anzusehen ist. Die Verwendung von ”einschließend”, ”umfassend” oder ”aufweisend” und Varianten davon soll die danach aufgeführten Gegenstände und deren Äquivalente, wie auch zusätzliche Gegenstände, umfassen. Wenn nicht anders angegeben oder eingeschränkt, werden die Begriffe ”befestigt”, ”verbunden”, ”gelagert”, ”gekoppelt” und deren Varianten allgemein verwendet und umfassen sowohl direkte wie auch indirekte Befestigungen, Verbindungen, Lagerungen und Kopplungen. Ferner sind ”verbunden” und ”gekoppelt” nicht auf physische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt.
Die folgende Erörterung wird vorgelegt, um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, Ausführungsformen der Erfindung herzustellen und zu verwenden. Verschiedene Modifikationen an den gezeigten Ausführungsformen werden Fachleuten ohne weiteres ersichtlich sein, und die allgemeinen Prinzipien hierin können auf andere Ausführungsformen und Anwendungen angewandt werden, ohne von den Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Somit ist nicht beabsichtigt, dass Ausführungsformen der Erfindung auf gezeigte Ausführungsformen beschränkt sind, sondern sie sollen den breitesten Umfang, der mit den hier offenbarten Prinzipien und Merkmalen im Einklang steht, zugestanden bekommen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist unter Bezugnahme auf die Figuren zu lesen, in denen ähnliche Elemente in verschiedenen Figuren ähnliche Bezugszeichen aufweisen. Die Figuren, die nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, zeigen ausgewählte Ausführungsformen und sind nicht dazu gedacht, den Umfang von Ausführungsformen der Erfindung zu beschränken. Fachleute werden erkennen, dass die hier vorgesehenen Beispiele viele nützliche Alternativen haben und unter den Umfang von Ausführungsformen der Erfindung fallen.
1 zeigt ein Elektromaschinenmodul 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Elektromaschinenmodul 10 kann ein Modulgehäuse 12 umfassen, das ein Hülsenelement 14, eine erste Endkappe 16 und eine zweite Endkappe 18 umfasst. Bei einer Ausführungsform kann das Modulgehäuse 12 aus Aluminiumguss gefertigt sein. Eine Elektromaschine 20 kann innerhalb eines Maschinenhohlraums 22 untergebracht werden, der zumindest teilweise durch das Hülsenelement 14 und die Endkappen 16, 18 definiert ist. Zum Beispiel können das Hülsenelement 14 und die Endkappen 16, 18 über Befestigungselemente (nicht gezeigt) oder eine andere geeignete Kopplungsart miteinander gekoppelt sein, um zumindest einen Teil der Elektromaschine 20 innerhalb des Maschinenhohlraums 22 einzufassen. Bei einigen Ausführungsformen können die Endkappen 16, 18 identische Bauteile sein. Bei anderen Ausführungsformen können die Endkappen 16, 18 verschiedene individuelle Merkmale umfassen. Auch kann bei einigen Ausführungsformen das Gehäuse 12 einen im Wesentlichen eingeschlossenen, im Wesentlichen zylindrischen Behälter 15 (wie in 2 gezeigt) und eine einzelne Endkappe (nicht gezeigt) umfassen.
Die Elektromaschine 20 kann einen Rotor 24, einen Stator 26, Statorwicklungsköpfe 28 und Lager 30 umfassen, und kann um eine Haupausgangswelle 31 herum angeordnet sein. Wie in 1 gezeigt, kann der Stator 26 im Wesentlichen den Rotor 24 umgrenzen, und ein radialer Luftspalt 32 kann zwischen dem Rotor 24 und dem Stator 26 definiert sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Elektromaschine 20 auch eine Rotornabe 34 umfassen oder eine ”naben-lose” Konstruktion (nicht gezeigt) aufweisen. Die Elektromaschine 20 kann ohne Beschränkung ein Elektromotor, wie etwa ein Hybridelektromotor, ein elektrischer Generator oder ein Fahrzeugdrehstromgenerator sein. In einer Ausführungsform kann die Elektromaschine 20 ein HVH-Elektromotor (High Voltage Hairpin) zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug sein.
Komponenten der Elektromaschine 20, wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, der Rotor 24, der Stator 26 und die Statorwicklungsköpfe 28 können während des Betriebs der Elektromaschine 20 Wärme erzeugen. Diese Komponenten können gekühlt werden, um die Leistung der Elektromaschine 20 zu verbessern und ihre Lebensdauer zu verlängern.
Bei einigen Ausführungsformen kann, wie in 1 gezeigt, das Modulgehäuse 12 einen Kühlmittelmantel 36 umfassen. Der Kühlmittelmantel 36 kann im Wesentlichen den Stator 26 umgrenzen oder ihn zumindest teilweise umgeben, und kann ein Kühlmittel enthalten, wie etwa Öl (z. B. Motoröl, Getriebeöl usw.) oder ein ähnliches flüssiges Kühlfluid. Der Kühlmittelmantel 36 kann in Fluidverbindung mit einer das Kühlmittel enthaltenden Fluidquelle (nicht gezeigt) stehen. Das Kühlmittel kann unter Druck stehen, wenn es in den Kühlmittelmantel 36 eintritt, so dass es durch den Kühlmittelmantel 36 zirkuliert wird. Durch die Elektromaschine 20 erzeugte Wärmeenergie kann auf das Kühlmittel übertragen werden, während es durch den Kühlmittelmantel 36 zirkuliert, um so die Elektromaschine 20 zu kühlen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Kühlmittel über einen Kühlmitteleinlass (nicht gezeigt) in den Kühlmittelmantel 36 eingeleitet werden. Bei einer Ausführungsform kann der Kühlmitteleinlass in der Nähe eines im Allgemeinen unteren Teils des Modulgehäuses 12 platziert werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Kühlmittelmantel 36 innerhalb des Hülsenelements 14 oder des Behälters 15 des Modulgehäuses 12 ausgebildet sein, wo eine radial innerste Wand 40 des Hülsenelements 14 oder des Behälters 15 im Wesentlichen den Kühlmittelmantel 36 vom Maschinenhohlraum 22 trennen kann. In anderen Ausführungsformen kann das Modulgehäuse 12 ein inneres Hülsenelement (nicht gezeigt) umfassen, und der Kühlmittelmantel 36 kann zwischen dem inneren Hülsenelement und dem Hülsenelement 14 oder Behälter 15 definiert sein (d. h. derart, dass das innere Hülsenelement die Innenwand 40 bildet, die im Wesentlichen den Kühlmittelmantel 36 und den Maschinenhohlraum 22 trennt). Bei solchen Ausführungsformen kann beispielsweise das innere Hülsenelement ein Edelstahlring sein, in den der Stator 26 eingepresst ist.
Das durch den Kühlmittelmantel 36 zirkulierende Kühlmittel kann in den Maschinenhohlraum 22 aus einer Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen 38, die sich durch die Innenwand 40 des Modulgehäuses 12 erstrecken, gesprüht oder verteilt werden, wie in 1 gezeigt. Die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen 38 kann in Fluidverbindung mit zumindest dem Maschinenhohlraum 22 und dem Kühlmittelmantel 36 stehen. Die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen 38 können sich axial entlang des Modulgehäuses 12 im Wesentlichen benachbart zu den Statorwicklungsköpfen 28 befinden (z. B. in der Nähe beider axialer Enden des Modulgehäuses 12 befinden). Im Ergebnis kann das Kühlmittel vom Kühlmittelmantel 36 durch die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen 38 zumindest teilweise auf und/oder um die Statorwicklungsköpfe 28 herum verteilt werden. Das verteilte Kühlmittel kann Wärmeenergie von den Statorwicklungsköpfen 28 aufnehmen, was in einer Kühlung der Elektromaschine 20 resultieren kann. Bei einer Ausführungsform kann sich die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen 38 umlaufend um einen im Allgemeinen oberen Teil des Modulgehäuses 12 befinden. Bei einer anderen Ausführungsform kann sich die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen 38 im Wesentlichen ganz um einen Umfang des Modulgehäuses 12 umlaufend befinden. Bei anderen Ausführungsformen kann die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen 38 zum Verteilen von Kühlmittel im ganzen Maschinenhohlraum 22 durch andere Verfahren platziert sein, wie etwa durch Kühlmittelkanäle (nicht gezeigt) in den Endkappen 16, 18.
Das verteilte Kühlmittel kann aufgrund der Schwerkraft zu einem unteren Abschnitt des Maschinenhohlraums 22 fließen. Während das verteilte Kühlmittel nach unten fließt, kann es weiterhin den Elektromaschinenkomponenten, wie etwa, jedoch nicht darauf beschränkt, dem Stator 26, dem Rotor 24, der Rotornabe 34 und den Lagers 30 Wärmeenergie entziehen. Wenigstens ein Teil des verteilten Kühlmittels kann sich dann in der Nähe des unteren Abschnitts des Maschinenhohlraums 22 ansammeln. Nach dem Ansammeln in der Nähe des unteren Teils des Maschinenhohlraums 22 kann das Kühlmittel noch immer wesentlich kühler sein als die Elektromaschinenkomponenten, mit denen es in Kontakt ist, wie etwa der Stator 26 und die Statorwicklungsköpfe 28, und kann somit dem Stator 26 und/oder den Statorwicklungsköpfen 28 weiterhin Wärmeenergie entziehen.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Modulgehäuse 12 ein aufgeteiltes Abflusssystem 42 aufweisen, um das angesammelte Kühlmittel aus dem Maschinenhohlraum 22 zu entfernen. Wie in 3 gezeigt kann das aufgeteilte Abflusssystem 42 Abflusslöcher 44 aufweisen, die sich durch das Gehäuse 12 (d. h. durch das Hülsenelement 14, den Behälter 15, das innere Hülsenelement und/oder die Endkappen 16, 18 bei manchen Ausführungsformen) erstrecken. Die Abflusslöcher 44 können schwerkraftgespeiste Fluidwege aus dem Maschinenhohlraum 22 bereitstellen. Bei einer Ausführungsform können sich zumindest zwei Abflusslöcher 44 an oder in der Nähe jedes des beiden Enden des Modulgehäuses 12 befinden (d. h. zumindest zwei Abflusslöcher 44 können sich in der Nähe eines ersten axialen Endes und zumindest zwei weitere Abflusslöcher 44 können sich an einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden zweiten axialen Ende befinden). Die zumindest zwei Abflusslöcher 44 an jedem axialen Ende können in Umfangsrichtung voneinander entfernt entlang des unteren Abschnitts des Modulgehäuses 12 sein, wie in 2 gezeigt. Zum Beispiel, wie in den 3 und 4 gezeigt, können die zwei Abflusslöcher 44 um einen Winkel Θ in einer positiven Richtung und einer negativen Richtung von einer vertikalen 48 Achse des Gehäuses 12 versetzt sein (d. h. ein erstes Abflussloch 44 ist von der vertikalen Achse 48 um den positiven Winkel Θ versetzt, und ein zweites Abflussloch 44 ist von der vertikalen Achse 48 um den negativen Winkel Θ versetzt). Der Winkel Θ kann größer sein als null Grad, und in einer Ausführungsform kann der Winkel Θ ungefähr 35 Grad oder weniger betragen. Ferner kann in manchen Ausführungsformen (nicht gezeigt) das erste Abflussloch 44 von der vertikalen Achse 48 um einen ersten Winkel versetzt sein, und das zweite Abflussloch 44 kann von der vertikalen Achse in der negativen Richtung um einen zweiten Winkel versetzt sein, der verschieden von dem ersten Winkel ist.
Die Abflusslöcher 44 können mit einem externen Kühlgerät (z. B. einem Wärmetauscher, einem Radiator) fluidverbunden sein, so dass das aus dem Modulgehäuse 12 abgeführte Kühlmittel gekühlt und zum Kühlmittelmantel 36 (z. B. durch den Kühlmitteleinlass) zurückgeführt werden kann. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Abflusswanne (nicht gezeigt) das Kühlmittel aus den Abflusslöchern 44 sammeln, und ein Verbindungsschlauch oder Ähnliches kann mit einem Abflussauslass der Abflusswanne verbunden sein, um das Kühlmittel zu dem externen Kühlgerät und/oder einer Pumpe zu führen.
Wie in 4 gezeigt kann das verteilte Kühlmittel nach unten entlang der Statorwicklungsköpfe 28 fließen, wobei es den Wicklungsköpfen 28 Wärme entzieht, bis die Schwerkraft es dazu bringt, von den Statorwicklungsköpfen 28 zum Boden des Maschinenhohlraums 22 zu tropfen (oder zu abzulaufen). Herkömmliche Elektromaschinenmodule, wie in 5 gezeigt, umfassen einen Abfluss am geometrischen unteren Mittelpunkt des Maschinengehäuses. Wie in 5 gezeigt kann es einen Bereich 46 zwischen dem Ablaufpunkt des Kühlmittels und einer Kühlmittelansammlung 47 in der Nähe des einzelnen Abflusses geben, wo die Statorwicklungsköpfe 28 nicht direkt durch das Kühlmittel gekühlt werden. Bei manchen Anwendungen kann eine unzulängliche Kühlung dieses Bereiches 46 (z. B. aufgrund von minimalem Kontakt mit dem Kühlmittel) bewirken, dass die Statorwicklungsköpfe 28 überhitzen. Wie in den 3 und 4 gezeigt, kann das aufgeteilte Abflusssystem 42 es zusätzlichem Kühlmittel ermöglichen, sich innerhalb des Maschinenhohlraums 22 anzusammeln (z. B. zumindest zwischen dem ersten Abflussloch 44 und dem zweiten Abflussloch 44). Im Ergebnis kann durch die Verwendung des aufgeteilten Abflusssystems 42 im Vergleich mit einem einzigen, zentralen Abfluss eine zusätzliche Kühlung erreicht werden, da eine größere Kühlmittelansammlung 47 mehr Kühlmittel in Kontakt mit den Statorwicklungsköpfen 28 kommen lassen kann. Ferner können, wie in 4 gezeigt, das aufgeteilte Abflusssystem 42 und die resultierende größere Kühlmittelansammlung 47 den Bereich 46 verkleinern, in dem die Statorwicklungsköpfe 28 nicht in direktem Kontakt mit dem Kühlmittel sind, wodurch das Risiko einer Überhitzung der Statorwicklungsköpfe 28 minimiert wird.
Indem sie winkelmäßig und axial verschoben sind, können die Abflusslöcher 44 eine im Wesentlichen normale Funktion des aufgeteilten Abflusssystems 42 ermöglichen, wenn die Elektromaschine 20 vor und zurück oder zu einer oder der anderen Seite gekippt wird. Bei einigen Ausführungsformen können sich die Abflusslöcher 44 axial nach innen näher am Stator 26 befinden (z. B. als die axialen Ende des Modulgehäuses 12), um die Auswirkungen eines Verkippens von einer Seite auf die andere der Elektromaschine 20 auf das Abfließen lassen des Kühlmittels zu minimieren.
Bei einigen Ausführungsformen kann die winkelmäßige Verschiebung der Abflusslöcher 44 (d. h. die Größe des Winkels Θ) basierend auf einer Größe des Maschinenhohlraums 22, einer gewünschten Menge der Kühlmittelansammlung, und anderen Faktoren, wie etwa die Anwendungen, für die die Elektromaschine 20 verwendet werden soll und wie viel Verkippen bei derartigen Anwendungen erwartet würde, ausgewählt. Zum Beispiel können die Abflusslöcher 44 in Umfangsrichtung von der vertikalen Achse 48 beabstandet sein, um eine Kühlmittelansammlung 47 zu ermöglichen, die tief genug ist, um eine optimale Kühlung zumindest einiger der Statorwicklungsköpfe 28 vorzusehen, aber flach genug, den radialen Luftspalt 32 beim erwarteten Verkippen nicht zu überfluten (d. h. so dass eine Tiefe oder ein Niveau der Kühlmittelansammlung unterhalb des radialen Luftspalts 32 bleibt).
In einem weiteren Beispiel können die Abflusslöcher 44 verschoben werden, um eine Kühlmittelansammlung 47 zu ermöglichen, die tief genug ist, um eine optimale Kühlung zumindest einiger der Statorwicklungsköpfe 28 vorzusehen, um einen im Wesentlichen beständigen Abfluss während des erwarteten Verkippens zu erlauben, und das Kühlmittelansammlungsniveau unterhalb des Luftspalts 32 über einen Bereich von Verkippungswinkeln des Elektromaschinenmoduls 10 zu halten, wie in 4 gezeigt. Bei manchen Ausführungsformen kann das erwartete Verkippen ein Bereich von einer im Wesentlichen aufrechten Position des Elektromaschinenmoduls 10 (d. h. null Grad Drehung) bis zu einem zweiten Winkel oder Gradwert von der im Wesentlichen aufrechten Position in sowohl einer nach vorne gerichteten Richtung und einer nach hinten gerichteten Richtung sein. Da die beiden Abflusslöcher 44 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und im Wesentlichen von der vertikalen Achse 48 versetzt sind, kann zumindest das erste Abflussloch 44 einen Fluidweg für das Abfließen lassen des Kühlmittels bereitstellen (d. h. zum Austreten des Kühlmittels aus dem Maschinenhohlraum 22), wenn das Elektromaschinenmodul 10 in der Richtung nach vorne bis zu dem zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position verkippt oder gedreht wird, so dass das Kühlmittelansammlungsniveau unterhalb des Luftspalts 32 bleibt. Auf ähnliche Weise kann zumindest das zweite Abflussloch 44 einen Fluidweg für das Abfließen lassen des Kühlmittels bereitstellen, wenn das Elektromaschinenmodul 10 in der Richtung nach hinten bis zu dem zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position verkippt oder gedreht wird, so dass das Kühlmittelansammlungsniveau unterhalb des Luftspalts 32 bleibt. Wenn das Elektromaschinenmodul 10 in der im Wesentlichen aufrechten Position platziert ist, können das erste Abflussloch 44 und/oder das zweite Abflussloch 44 Fluidwege für das Abfließen lassen des Kühlmittels bereitstellen.
Auch kann bei manchen Ausführungsformen die winkelmäßige Verschiebung der Abflusslöcher 44 auf den Betriebstemperaturbereichen der Elektromaschine 20 basieren. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform das aufgeteilte Abflusssystem 42 über im Wesentlichen alle Betriebstemperaturbereiche der Elektromaschine 20 funktionieren, trotz des Einflusses, den die Temperatur auf die Viskosität und die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels haben kann.
Ferner kann in manchen Ausführungsformen der Durchmesser jedes Abflusslochs 44 basierend auf einer Größe des Maschinenhohlraums 22, einer Fließgeschwindigkeit von Kühlmittel in den Maschinenhohlraum 22 und/oder anderen Faktoren ausgewählt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Durchmesser jedes Abflusslochs 44 zwischen ungefähr 10 Millimetern und ungefähr 30 Millimetern betragen.
Fachleute werden erkennen, dass, während die Erfindung oben in Verbindung mit besonderen Ausführungsformen und Beispielen beschrieben worden ist, die Erfindung nicht notwendigerweise in dieser Weise beschränkt ist, und dass viele andere Ausführungsformen, Beispiele, Verwendungen, Modifikationen und Abweichungen von den Ausführungsformen, Beispielen und Verwendungen durch die hieran beigefügten Ansprüche umfasst sein sollen. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Elektromaschinenmodul, welches umfasst: ein Modulgehäuse, das eine Innenwand und zumindest eine Endkappe umfasst, wobei das Modulgehäuse zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum definiert; eine Elektromaschine, die zumindest teilweise innerhalb des Maschinenhohlraums eingeschlossen ist, wobei die Elektromaschine einen Stator und Statorwicklungsköpfe umfasst; und zumindest zwei Abflusslöcher, die im Wesentlichen in Umfangsrichtung voneinander entfernt platziert sind und sich durch einen unteren Abschnitt des Modulgehäuses erstrecken, wobei die zumindest zwei Abflusslöcher schwerkraftgespeiste Fluidwege aus dem Maschinenhohlraum heraus bereitstellen.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei die zumindest zwei Abflusslöcher im Wesentlichen in Umfangsrichtung voneinander entfernt entlang eines unteren Abschnitts des Modulgehäuses platziert sind, um das Ansammeln eines Kühlmittels innerhalb des Maschinenhohlraums zumindest zwischen den zumindest zwei Abflusslöchern zu erlauben, wobei die zumindest zwei Abflusslöcher die schwerkraftgespeisten Fluidwege zum Austreten des Kühlmittels aus dem Maschinenhohlraum bereitstellen.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei ein erstes Abflussloch der zumindest zwei Abflusslöcher einen schwerkraftgespeisten Fluidweg bereitstellt, um Kühlmittel aus dem Maschinenhohlraum abfließen zu lassen, wenn das Modulgehäuse in eine erste Richtung gedreht wird, und ein zweites Abflussloch der zumindest zwei Abflusslöcher einen schwerkraftgespeisten Fluidweg bereitstellt, um Kühlmittel aus dem Maschinenhohlraum abfließen zu lassen, wenn das Modulgehäuse in eine zweite Richtung entgegen der ersten Richtung gedreht wird.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei das Modulgehäuse einen Kühlmittelmantel und eine Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen umfasst, wobei sich die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen durch die Innenwand erstreckt, um eine Fluidverbindung zwischen zumindest dem Kühlmittelmantel und dem Maschinenhohlraum bereitzustellen.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 2, wobei sich zumindest einige der Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen axial entlang des Modulgehäuses im Wesentlichen benachbart zu den Statorwicklungsköpfen befinden.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei die zumindest zwei Abflusslöcher eine erste Gruppe von zwei Abflusslöchern, die in der Nähe einer ersten axialen Seite des Modulgehäuses platziert sind, und eine zweite Gruppe von zwei Abflusslöchern umfassen, die in der Nähe einer zweiten axialen Seite des Modulgehäuses platziert sind, wobei die zweite axiale Seite der ersten axialen Seite gegenüberliegt.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 1, wobei die zumindest zwei Abflusslöcher mit einem externen Kühlgerät fluidgekoppelt sind.
Elektromaschinenmodul, welches umfasst: ein Modulgehäuse, das eine Innenwand und zumindest eine Endkappe umfasst, wobei das Modulgehäuse zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum definiert, wobei das Modulgehäuse eine vertikale Achse umfasst; eine Elektromaschine, die zumindest teilweise innerhalb des Maschinenhohlraums eingeschlossen ist, wobei die Elektromaschine einen Stator und Statorwicklungsköpfe umfasst; ein erstes Abflussloch, das sich durch einen unteren Teil des Modulgehäuses erstreckt und in einem ersten Winkel von der vertikalen Achse in einer gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Richtung platziert ist; und ein zweites Abflussloch, das sich durch den unteren Teil des Modulgehäuses erstreckt und in dem ersten Winkel von der vertikalen Achse in einer im Uhrzeigersinn gerichteten Richtung platziert ist, wobei zumindest eines des ersten Abflusslochs und des zweiten Abflusslochs einen schwerkraftgespeisten Fluidweg heraus aus dem Maschinenhohlraum bereitstellt, wenn das Modulgehäuse sich in einer im Wesentlichen aufrechten Position befindet, wenn das Modulgehäuse um einen zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position in eine erste Richtung gedreht wird, und wenn das Modulgehäuse um den zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position in eine zweite Richtung entgegen der ersten Richtung gedreht wird.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 8, wobei die Elektromaschine eine Hybrid-Elektromaschine ist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 8, wobei das Modulgehäuse einen Kühlmittelmantel und eine Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen umfasst, die sich durch die Innenwand erstreckt, wobei die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen in Fluidverbindung mit zumindest dem Kühlmittelmantel und dem Maschinenhohlraum steht, und wobei sich zumindest einige der Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen axial entlang des Modulgehäuses im Wesentlichen benachbart zu den Statorwicklungsköpfen befinden.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 8, wobei das erste Abflussloch und das zweite Abflussloch in der Nähe eines ersten axialen Endes des Modulgehäuses platziert sind, des weiteren ein drittes Abflussloch umfassend, das sich durch das Modulgehäuse erstreckt und in der Nähe eines zweiten axialen Endes des Modulgehäuses gegenüber dem ersten Abflussloch platziert ist, und ein viertes Abflussloch, das sich durch das Modulgehäuse erstreckt und in der Nähe des zweiten axialen Endes des Modulgehäuses gegenüber dem zweiten Abflussloch platziert ist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 8, wobei das erste Abflussloch und das zweite Abflussloch mit einem externen Kühlgerät fluidverbunden sind.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 8, wobei der erste Winkel größer als null Grad ist.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 8, wobei das erste Abflussloch und das zweite Abflussloch im Wesentlichen in Umfangsrichtung weg von der vertikalen Achse entlang eines unteren Abschnitts des Modulgehäuses platziert sind, um das Ansammeln eines Kühlmittels innerhalb des Maschinenhohlraums zumindest zwischen dem ersten Abflussloch und dem zweiten Abflussloch zu erlauben, wobei zumindest eines des ersten Abflusslochs und des zweiten Abflusslochs den schwerkraftgespeisten Fluidweg zum Austreten des Kühlmittels aus dem Maschinenhohlraum bereitstellt.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 14, wobei die Elektromaschine einen Rotor, der im Wesentlichen durch den Stator umgrenzt ist, und einen radialen Luftspalt umfasst, der zwischen dem Rotor und dem Stator definiert ist, wobei das erlaubte Ansammeln von Kühlmittel innerhalb des Maschinenhohlraums auf einem Niveau unterhalb des radialen Luftspalts liegt, wenn das Modulgehäuse sich in einer im Wesentlichen aufrechten Position befindet, wenn das Modulgehäuse um den zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position in die erste Richtung gedreht wird, und wenn das Modulgehäuse um den zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position in die zweite Richtung gedreht wird.
Elektromaschinenmodul nach Anspruch 14, wobei das Niveau des erlaubten Ansammelns von Kühlmittel innerhalb des Maschinenhohlraums im Wesentlichen die Statorwicklungsköpfe erreicht, die sich zwischen dem ersten Abflussloch und dem zweiten Abflussloch befinden.
Verfahren zum Kühlen eines Elektromaschinenmoduls, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Modulgehäuses, das eine Innenwand, zumindest eine Endkappe, einen Kühlmittelmantel und eine vertikale Achse umfasst, wobei das Modulgehäuse zumindest teilweise einen Maschinenhohlraum definiert und zumindest teilweise eine Elektromaschine innerhalb des Maschinenhohlraums einschließt, wobei die Elektromaschine einen Stator umfasst, der Statorwicklungsköpfe umfasst und einen Rotor umgrenzt, und einen radialen Luftspalt, der zwischen dem Stator und dem Rotor definiert ist; Bereitstellen einer Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen, die sich durch die Innenwand erstrecken, wobei die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen in Fluidverbindung mit zumindest dem Maschinenhohlraum und dem Kühlmittelmantel stehen; Einleiten eines Kühlmittels in den Kühlmittelmantel; Zirkulieren lassen des Kühlmittels vom Kühlmittelmantel durch die Mehrzahl von Kühlmittelöffnungen und in den Maschinenhohlraum; Platzieren eines ersten Abflusslochs, das sich durch einen unteren Teil des Modulgehäuses in einem ersten Winkel von der vertikalen Achse in einer positiven Richtung erstreckt; Platzieren eines zweiten Abflusslochs, das sich durch den unteren Teil des Modulgehäuses in dem ersten Winkel von der vertikalen Achse in einer negativen Richtung erstreckt; und Ansammeln des Kühlmittels zwischen dem ersten Abflussloch und dem zweiten Abflussloch bei einem Niveau angesammelten Kühlmittels, der die Statorwicklungsköpfe berührt und unterhalb des radialen Luftspalts bleibt.
Verfahren zum Abfließen lassen von Kühlmittel nach Anspruch 17, wobei das erste Abflussloch und das zweite Abflussloch in dem ersten Winkel in der positiven Richtung bzw. in dem ersten Winkel in der negativen Richtung platziert sind, um das Niveau angesammelten Kühlmittels unterhalb des radialen Luftspalts zu halten, wenn das Modulgehäuse sich in einer im Wesentlichen aufrechten Position befindet, wenn das Modulgehäuse um einen zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position in eine erste Richtung gedreht wird, und wenn das Modulgehäuse um den zweiten Winkel aus der im Wesentlichen aufrechten Position in eine zweite Richtung entgegen der ersten Richtung gedreht wird.
Verfahren zum Abfließen lassen von Kühlmittel nach Anspruch 17, wobei der erste Winkel größer als null Grad ist und der zweite Winkel größer als null Grad ist.
Verfahren zum Abfließen lassen von Kühlmittel nach Anspruch 17, und des Weiteren umfassend das Abfließen lassen des Kühlmittels aus dem Maschinenhohlraum durch zumindest eines des ersten Abflusslochs und des zweiten Abflusslochs.