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VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C. § 119 die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 61/525,091, die am 18. August 2011 eingereicht wurde und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in das vorliegende Dokument aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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Einige elektrische Maschinen beinhalten eine Statorbaugruppe und einen Rotor und sind in einem Maschinenhohlraum untergebracht. Während eines Betriebs elektrischer Maschinen kann eine beträchtliche Menge an Wärmeenergie durch sowohl den Stator als auch den Rotor, sowie weitere Bauteile der elektrischen Maschine erzeugt werden. Mit weiter steigender Leistungsabgabe elektrischer Maschinen gibt es eine Notwendigkeit, Wärme aus der Maschine abzuführen, um eine Langlebigkeit aufrechtzuerhalten und eine Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Einige elektrische Maschinen werden durch Zirkulieren eines Kühlmittels durch Abschnitte des Maschinenhohlraums gekühlt. Beispielsweise kann das Kühlmittel mit dem Rotor bei einer generell niedrigen Tangentialgeschwindigkeit in Kontakt kommen und dann durch eine Kombination aus Reibung mit dem Rotor und einer Radialbewegung weg von einer Rotationsmittellinie des Rotors beschleunigt werden. Herkömmliche Kühlverfahren können beinhalten, dass die erzeugte Wärmeenergie dadurch abgeführt wird, dass ein Kühlmittel durch die Innenwände des Gehäuses zirkuliert wird oder ein Kühlmittel im gesamten Maschinenhohlraum des Gehäuses verteilt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen ein elektrisches Maschinenmodul bereit, das eine elektrische Maschine beinhaltet. Die elektrische Maschine kann einen Rotor und eine Abtriebswelle beinhalten. Die Abtriebswelle beinhaltet eine Längsachse, die zumindest teilweise vom Rotor umschrieben sein kann. Bei einigen Ausführungsformen weist die Abtriebswelle einen Abtriebswellenkanal auf, der mit dem Rotor verbunden sein kann. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Kühlmittelpassagesystem im Rotor positioniert sein und kann einen Einlasskanal beinhalten, der sich in Fluidkommunikation mit dem Abtriebswellenkanal befindet. Bei einigen Ausführungsformen kann das Kühlmittelpassagesystem mindestens eine Kammer beinhalten.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung können ein elektrisches Maschinenmodul bereitstellen, das ein Gehäuse beinhalten kann. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse zumindest einen Teil eines Maschinenhohlraums definieren. Bei einigen Ausführungsformen kann eine elektrische Maschine innerhalb des Maschinenhohlraums positioniert sein und zumindest teilweise durch das Gehäuse umschlossen sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine einen Rotor beinhalten, der im Wesentlichen radial gegenüberliegend einer Statorbaugruppe angeordnet sein kann. Bei einigen Ausführungsformen kann der Rotor eine Rotornabe beinhalten, die zumindest einen Innendurchmesser beinhalten kann. Bei einigen Ausführungsformen kann die Rotornabe auch einen Einlasskanal aufweisen, der sich in Fluidkommunikation mit einem Kühlmittel-Einlass befindet, welcher sich in Fluidkommunikation mit dem Maschinenhohlraum befinden kann. Die Rotornabe kann mindestens eine Ausnehmung beinhalten, die sich in Fluidkommunikation mit dem Einlasskanal und einem Auslasskanal befindet. Bei einigen Ausführungsformen kann der Auslasskanal in Fluidkommunikation mit einem Kühlmittelauslass sein, welcher in Fluidkommunikation mit dem Maschinenhohlraum ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das Modul eine Abtriebswelle aufweisen, die eine Längsachse beinhaltet und mit der die Rotornabe verbunden sein kann.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine einen Kühlmittelmantel beinhalten, der den Stator im Wesentlichen umschreibt oder zumindest teilweise umgibt und ein Kühlmittel enthält. Bei einigen Ausführungsformen können Kühlmittelöffnungen den Kühlmittelmantel mit weiteren Bauteilen innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine fluidmäßig verbinden. Einige Ausführungsformen weisen einen Kühlmittelmantel auf, der in Fluidkommunikation mit einer Kühlmittelquelle sein kann.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung beinhalten mindestens eine Pumpe, um ein Einströmen, Ausströmen und/oder Zirkulieren des Kühlmittels durch Abschnitte der elektrischen Maschine zu unterstützen. Einige Ausführungsformen der Erfindung nutzen vielfältige Pumpenkonfigurationen. Die Pumpe kann eine Gerotor-Pumpe, eine Zahnradpumpe, eine Drehschieberpumpe oder beliebige andere herkömmliche Pumpen beinhalten. Die Pumpe kann generell konzentrisch bezüglich der Rotornabe und/oder der Abtriebswelle positioniert sein, und kann im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses der elektrischen Maschine oder unmittelbar außerhalb des Gehäuses im Wesentlichen mit mindestens einem Bauteil im Inneren des Gehäuses fluidmäßig verbunden sein.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Bewegung der elektrischen Maschine zu einem Zirkulieren von Kühlmittel mittels der Pumpe führen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe mit der Rotornabe und/oder der Abtriebswelle verbunden sein, da die Rotornabe, und die durch diese Bauteile erzeugte Bewegung eine Operation der Pumpe antreiben kann. Außerdem kann die Pumpe fluidmäßig mit verschiedenen Elementen der elektrischen Maschine verbunden sein und kann einen Teil des Kühlmittels aus einem Kühlmittel-Sumpf oder externen Quelle, oder beiden, ansaugen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Querschnittansicht eines elektrischen Maschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist eine Seitenansicht eines Abschnittes eines elektrischen Maschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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3 ist eine Querschnittansicht des elektrischen Maschinenmoduls von 2;
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4 ist eine Seitenansicht eines Abschnittes eines elektrischen Maschinenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
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5 ist eine Querschnittansicht des elektrischen Maschinenmoduls von 4.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bevor irgendeine detaillierte Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung gegeben wird, sei darauf verwiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Bauteilen eingeschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung kann weitere Ausführungsformen aufweisen und kann auf verschiedene Weisen genutzt oder ausgeführt werden. Auch versteht es sich, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck einer Beschreibung dient und nicht als einschränkend zu betrachten ist. Die Verwendung von „beinhalten”, „aufweisen” oder „haben” und Variationen von diesen soll hier die nachfolgend aufgelisteten Punkte und Äquivalente zu diesen, sowie zusätzliche Punkte umfassen. Wenn nicht anders angegeben oder eingeschränkt, werden die Begriffe „montiert”, „verbunden”, „getragen” und „befestigt” und Variationen von diesen breit gefasst verwendet und umfassen sowohl direktes als auch indirektes Montieren, Verbinden, Tragen und Befestigen. Weiter ist „verbunden” und „befestigt” nicht auf physische oder mechanische Verbindungen oder Befestigungen eingeschränkt.
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Die folgende Erläuterung erfolgt, um einem Fachmann zu ermöglichen, Ausführungsformen der Erfindung zu erstellen und zu verwenden. Verschiedene Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen gehen für Fachleute klar hervor, und die hier dargelegten gattungsgemäßen Prinzipien können auf weitere Ausführungsformen und Anwendungen angewendet werden, ohne von den Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Somit versteht es sich, dass Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen eingeschränkt sind, sondern ihnen der weiteste Schutzumfang zuzugestehen ist, der mit den hier offenbarten Prinzipien und Merkmalen vereinbar ist. Die folgende detaillierte Beschreibung ist mit Bezug auf die Figuren zu lesen, in denen gleiche Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Figuren, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, zeigen ausgewählte Ausführungsformen und sollen den Schutzumfang der Ausführungsformen der Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist es klar, dass die hier gegebenen Beispiele viele zweckdienliche Alternativen haben und innerhalb des Schutzumfangs von Ausführungsformen der Erfindung liegen.
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1 zeigt ein elektrisches Maschinenmodul 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das elektrische Maschinenmodul 10 kann eine elektrische Maschine 12 und ein Gehäuse 14 beinhalten. Die elektrische Maschine 12 kann innerhalb eines Maschinenhohlraums 16 angeordnet sein, der zumindest teilweise durch eine Innenwand 18 des Gehäuses 14 begrenzt wird. Die elektrische Maschine 12 kann einen Rotor 20, einen Stator 22 und Statorwicklungsköpfe 24 beinhalten. Die elektrische Maschine 12 kann um eine Abtriebswelle 26 herum angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 12 auch einen Rotornabe 28 beinhalten (wie in 1 dargestellt), oder kann eine „nabenlose” Gestaltung haben (nicht dargestellt). Bei einigen Ausführungsformen kann die Rotornabe 28 mit einer Abtriebswelle 26 verbunden sein, so dass zumindest ein Teil des durch den Betrieb der elektrischen Maschine 12 erzeugten Drehmoments von der Rotornabe 28 zur Abtriebswelle 26 übertragen werden kann. Bei einigen Ausführungsformen kann das Drehmoment über die Abtriebswelle 26 zu entfernten Orten übertragen werden.
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Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 14 ein Hülsenelement 13, einen ersten Enddeckel 15 und einen zweiten Enddeckel 15 aufweisen. Beispielsweise können das Hülsenelement 13 und die Enddeckel 15, 17 mittels herkömmlicher Befestigungseinrichtungen (nicht dargestellt) oder einem anderen geeigneten Verbindungsverfahren verbunden sein, so dass sie zumindest einen Teil der elektrischen Maschine 12 im Maschinenhohlraum 16 umschließen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse einen im Wesentlichen zylindrischen Behälter und einen einzelnen Enddeckel aufweisen (nicht dargestellt). Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 14, das das Hülsenelement 13 und die Enddeckel 15, 17 beinhaltet, Materialien aufweisen, die generell thermisch leitende Eigenschaften aufweisen, beispielsweise, jedoch nicht eingeschränkt auf, Aluminium oder andere Metalle sowie Materialien, die generell fähig sind, Betriebstemperaturen der elektrischen Maschine zu widerstehen, und dabei als gute Leiter von Wärmeenergie dienen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 14 unter Verwendung verschiedener Verfahren gefertigt sein, einschließlich Gießen, Formgießen, Extrudieren und anderen ähnlichen Fertigungsverfahren.
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Die elektrische Maschine 12 kann, ohne Einschränkung, ein Elektromotor sein, beispielsweise ein elektrischer Hybridmotor, ein elektrischer Generator oder ein Fahrzeug-Wechselstromgenerator. Bei einer Ausführungsform kann die elektrische Maschine ein HVH-Elektromotor (High-Voltage-Harpin-Elektromotor) zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug sein.
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Die elektrische Maschine 12 kann einen Rotor 20, der eine Rotornabe 28 beinhaltet, eine Statorbaugruppe 23, die Statorwicklungsköpfe 24 beinhaltet, und Lager 27 beinhalten, die um eine Abtriebswelle 26 herum angeordnet sein können. Wie in 1 dargestellt, kann der Stator 22 im Wesentlichen einen Teil des Rotors 20 umschreiben. Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 12 auch eine Rotornabe 28 beinhalten oder kann eine „nabenlose” Gestaltung aufweisen (nicht dargestellt). Während eines normalen Betriebs der elektrischen Maschine 12 wird die erhebliche Wärme durch eines oder mehrere Bauteile wie beschrieben erzeugt, einschließlich, jedoch nicht eingeschränkt auf, den Rotor 20, die Statorbaugruppe 23 und Statorwicklungsköpfe 24. Eines oder mehrere dieser Bauteile können gekühlt werden, um die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der elektrischen Maschine 12 zu vergrößern.
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Bei einigen Ausführungsformen, wie in 1 dargestellt, kann das Gehäuse 14 einen Kühlmittelmantel 20 beinhalten. Der Kühlmittelmantel 30 kann den Stator 22 umschreiben oder zumindest teilweise umgeben, und kann konfiguriert und angeordnet sein, um ein Kühlmittel zu enthalten. Das Kühlmittel kann Ethylenglykol, Propylenglykol, Wasser, ein Gemisch aus Wasser und entweder Ethylenglykol oder Propylenglykol, unterschiedliche Öle, einschließlich Motoröl, Getriebeöl oder irgendeine andere ähnliche Substanz sein. Bei einigen Ausführungsformen können Kühlmittelöffnungen (nicht dargestellt) den Kühlmittelmantel 30 mit dem Maschinenhohlraum 16 fluidmäßig verbinden, so dass ein Teil des durch den Kühlmittelmantel 30 zirkulierenden Kühlmittels in dem Maschinenhohlraum 16 verteilt werden kann. Auch kann bei einigen Ausführungsformen der Kühlmittelmantel 30 in Fluidkommunikation mit einer Kühlmittelquelle sein (nicht dargestellt), die das Kühlmittel vor oder während es im Kühlmittelmantel 30 verteilt wird, druckbeaufschlagen kann, so dass das druckbeaufschlagte erste Kühlmittel durch den Kühlmittelmantel 30 zirkulieren kann und ein Teil des Kühlmittels aus dem Kühlmittelmantel 30 über die Kühlmittelöffnungen austreten kann. Bei einigen Ausführungsformen können die Kühlmittelöffnungen im Wesentlichen radial nach außen von den Statorwicklungsköpfen 24 positioniert sein, so dass ein Teil des aus den Kühlmittelöffnungen austretenden Kühlmittels hin zu den Statorwicklungsköpfen 24 gelenkt werden kann.
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Bei einigen Ausführungsformen kann ein zweiter Teil des Kühlmittels von einer im Wesentlichen radial innerhalb befindlichen Position des Moduls 10 stammen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Abtriebswelle 26 einen Abtriebswellen-Kühlmittelkanal (nicht dargestellt) beinhalten, und die Rotornabe 28 kann einen Rotornaben-Kühlmittelkanal (nicht dargestellt) beinhalten, der in Fluidkommunikation mit dem Maschinenhohlraum 16 ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der Rotornaben-Kühlmittelkanal in Fluidkommunikation mit dem Abtriebswellen-Kühlmittelkanal sein. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der zweite Teil des Kühlmittels durch den Abtriebswellen-Kühlmittelkanal zirkulieren, durch den Rotornaben-Kühlmittelkanal fließen und dann sich im Maschinenhohlraum 16 verteilen, wo es in Kontakt mit einigen der Elemente des Moduls 10 kommen kann, um zur Kühlung beizutragen. Außerdem kann jegliches Kühlmittel, das aus einem beliebigen von einem oder mehreren Rotornaben-Kühlmittelkanälen oder beliebigen von einem oder mehreren Abtriebswellen-Kühlmittelkanälen austritt, im Anschluss an ein Bewegen im Maschinenhohlraum 16, in den Kühlmittelmantel 30 durch eine beliebige von einer oder mehreren Kühlmittelöffnungen eintreten. Umgekehrt kann bei einigen Ausführungsformen jegliches Kühlmittel, das aus dem Kühlmittelmantel 30 durch eine beliebige von einer oder mehreren Kühlmittelöffnungen austritt, sich innerhalb des Maschinenhohlraums 16 bewegen und anschließend in einen oder mehrere Rotornaben-Kühlmittelkanäle oder in einem beliebigen von einem oder mehreren Abtriebswellen-Kühlmittelkanälen eintreten. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen das Kühlmittel, während es zirkuliert, zumindest einen Teil der Wärmeenergie aufnehmen, die durch jegliche andere Teile des Rotors 20 erzeugt wird. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Abtriebswelle 26 mindestens einen Abtriebswellenkanal und mindestens einen Abtriebswellen-Kühlmittelauslass beinhalten, so dass das Kühlmittel durch den Kanal strömen kann, und zumindest ein Teil des Kühlmittels kann aus dem Abtriebswellenkanal austreten. Bei einigen Ausführungsformen kann der Abtriebswellen-Kühlmittelauslass eine Mehrzahl von Abtriebswellen-Kühlmittelauslässen aufweisen (nicht dargestellt). Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen mehr als ein Abtriebswellen-Kühlmittelauslass enthalten sein. Auch können bei einigen Ausführungsformen Abtriebswellen-Kühlmittelauslässe entlang der axialen Länge der Abtriebswelle 26 positioniert sein, so dass das Kühlmittel auf unterschiedliche Gebiete des Moduls 10 und des Maschinenhohlraums 16 verteilt werden kann, einschließlich der Lager 27. Bei einigen Ausführungsformen können die Abtriebswellen-Kühlmittelkanäle sowohl axial orientierte als auch radial orientierte Teilstücke (nicht dargestellt) aufweisen, so dass das Modul 10 ohne den Abtriebswellen-Kühlmittelauslass funktionieren kann. Außerdem können bei einigen Ausführungsformen einigen Module 10 mit Auslässen an unterschiedlichen Orten konfiguriert und angeordnet sein, so dass die Kühlmitteldurchsätze variiert werden können.
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Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Modul 10 mindestens eine Pumpe 34 aufweisen, um ein Einströmen, Ausströmen und/oder Zirkulieren von Kühlmittel durch Abschnitte des Moduls 10 zu unterstützen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 eine Gerotor-Pumpe, eine Zahnradpumpe, eine Drehschieberpumpe oder eine beliebige andere herkömmliche Pumpe aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Pumpe 34 die Bewegungsenergie nutzen, die durch die Rotornabe 28 und/oder die Abtriebswelle 36 übertragen wird, um ein Zirkulieren des Kühlmittels zu unterstützen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 eine Zwangsverdrängungspumpe aufweisen, beispielsweise eine Gerotor-Pumpe, wie in 2 dargestellt, obschon, wie zuvor erwähnt, bei weiteren Ausführungsformen die Pumpe 34 weitere Typen von Pumpen aufweisen kann. Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 generell konzentrisch bezüglich der Rotornabe 28 und/oder der Abtriebswelle 26 positioniert sein. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 und die Rotornabe 28 und/oder die Abtriebswelle 26 miteinander verbunden sein, so dass eine Bewegung der Rotornabe 28 und/oder der Abtriebswelle 26 zumindest teilweise jegliche Bewegung zuführen kann, die für ein Betreiben der Pumpe 34 erforderlich ist.
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Bei einigen Ausführungsformen, welche die Gerotor-Pumpe aufweisen, kann die Pumpe einen inneren Rotor 38 aufweisen, der generell einen die Form einer Trochoide aufweisenden inneren Rotor mit äußeren Zähnen und einen äußeren Rotor 40 aufweisen kann, der mit sich kreuzenden kreisförmigen Bögen ausgebildet ist, wobei die Zähne mit den äußeren Zähnen des inneren Rotors 38 in Verzahnungseingriff sind. Wie in 2 dargestellt, weist der innere Rotor 38 fünf ,Zähne' auf, und der äußere Rotor 40 weist sechs ,Zähne' auf. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Zähne des inneren Rotors 38 und der Zähne des äußeren Rotors 40 kleiner oder größer sein. Bei einigen Ausführungsformen folgt die Beziehung zwischen den Zähnen des inneren Rotors und des äußeren Rotors einer Regel, bei der der innere Rotor N Zähne hat und der äußere Rotor N + 1 Zähne hat.
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Bei einigen Ausführungsformen kann der innere Rotor 38 mit der Rotornabe 28 und/oder der Abtriebswelle 26 verbunden sein, und der äußere Rotor 40 kann mit mindestens einem der Enddeckel 15, 17 (d. h. entweder der inneren Wand 18 oder der äußeren Wand 32) oder weiteren Orten proximal zum Modul 10 verbunden sein, wie zuvor erwähnt. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der innere Rotor 38 mit Elementen des Moduls 10 verbunden sein, so dass der innere Rotor 38 generell konzentrisch mit der Rotornabe 28 und/oder der Abtriebswelle 26 ist, und der äußere Rotor 40 generell konzentrisch zu dem inneren Rotor 38 ist (z. B. befindet sich der äußere Rotor 40 generell radial nach außen relativ zu mindestens einem Teil des inneren Rotors 38). Bei einigen Ausführungsformen kann sich die Rotornabe 28 und/oder die Abtriebswelle 26 während eines Betriebs der elektrischen Maschine 12 bewegen, was zu einer Bewegung des inneren Rotors 38 führen kann, und die Interaktion des inneren Rotors 38 und des äußeren Rotors 40 können sowohl eine Saugkraft als auch eine Druckkraft in der Pumpe 34 erzeugen, die auf mindestens einen Teil des Kühlmittels übertragen werden kann, das sich in Kontakt mit oder benachbart der Pumpe 34 befindet. Als Ergebnis kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 zum Zirkulieren des Kühlmittels durch das Modul 10 beitragen.
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Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Modul 10 vielfältige Pumpenkonfigurationen verwenden. Bei einigen Ausführungsformen können Pumpen 34 von mehr als einer Art verwendet werden, um eine Kühlmittelzirkulation zu verbessern (z. B. zwei unterschiedliche Arten von Pumpen in einem der Enddeckel oder zwei unterschiedliche Arten von Pumpen in jedem der Enddeckel 15, 17). Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen eine erste Pumpe 34 mit einem oder beiden der Enddeckel 15, 17 verbunden sein und kann konfiguriert sein, um Öl von einem entfernten Ort zum Kühlmittelmantel 30 und/oder der Abtriebswelle und den Rotornaben-Kühlmittelkanälen (nicht dargestellt) zu zirkulieren. Weiter kann bei einigen Ausführungsformen eine zweite Pumpe 34 mit entweder demselben Enddeckel 15, 17 wie die erste Pumpe verbunden sein oder kann mit dem anderen Enddeckel 15, 17 verbunden sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Pumpe konfiguriert sein, um einen Teil des Kühlmittels zu einem entfernten Ort zu transportieren, nachdem das Kühlmittel Teile des Moduls 10 durchströmt hat. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die erste Pumpe das Kühlmittel von einem entfernten Ort ansaugen, was dazu führen kann, dass ein Teil des Kühlmittels in dem Maschinenhohlraum 16 verteilt wird, um zur Kühlung der Maschine 12 beizutragen. Dann kann bei einigen Ausführungsformen, nachdem das Kühlmittel hin zum Boden des Gehäuses 14 geströmt ist, die zweite Pumpe das Kühlmittel entweder zurück zu demselben entfernten Ort oder einem unterschiedlichen Ort leiten. Außerdem kann entweder die erste Pumpe und/oder die zweite Pumpe einen Teil des Kühlmittels mehr als einmal durch das Modul 10 zirkulieren, bevor es heraus aus dem Modul 10 zirkuliert wird.
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Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 zumindest teilweise einen Kühlmittelfluss antreiben, wenn die elektrische Maschine 12 im Wesentlichen nicht in Betrieb ist. Bei einigen Ausführungsformen kann, nachdem die elektrische Maschine 12 im Wesentlichen einen Betrieb unterbrochen hat, eine Kühlung für das Modul 10 vorteilhaft für ein Zeitraum weiter bestehen. Bei einigen Ausführungsformen kann eine (nicht dargestellte) Speichereinrichtung mit dem Modul 10, dem Fluidzirkulationssystem und/oder der Pumpe 34 verbunden sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Speichereinrichtung ein Reservoir aufweisen, das eine Federmembran, eine Luftmembran oder eine andere ähnliche membranartige oder Reservoir-Struktur beinhaltet. Bei einigen Ausführungsformen kann die Speichereinrichtung über das Fluidzirkulationssystem fluidmäßig an die Pumpe 34 angeschlossen sein (beispielsweise wie in 4 und 5 als 400, 415, 420 und 425 dargestellt), so dass zumindest ein Teil des Kühlmittels, das von der Pumpe 34 zirkuliert wird, in die Speichereinrichtung einströmt. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe das Kühlmittel so zirkulieren, dass das in die Speichereinrichtung eintretende Kühlmittel die membranartige Struktur zusammendrücken kann. Als Ergebnis kann, wenn sich die membranartige Struktur nicht unter einem durch die Pumpe 34 erzeugten Druck befindet (z. B. wenn sich das Modul 10 nicht in Betrieb befindet), die Speichereinrichtung zumindest einen Teil des Kühlmittels durch den Kühlmittelmantel 30, den Abtriebswellen-Kühlmittelkanal, und/oder den Rotornaben-Kühlmittelkanal zirkulieren, was zu einem weiteren Kühlen führen kann, obschon die Pumpe 34 im Wesentlichen nicht in Betrieb ist.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 mit einem oder beiden der Enddeckel 15, 17 verbunden sein oder in diesen positioniert sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 generell entlang der inneren Wand 18 der Enddeckel 15, 16 positioniert sein, und bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 anderorts im Maschinenhohlraum 16 positioniert sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 im Wesentlichen außerhalb des Maschinenhohlraums 16 positioniert sein, wie in 2 und 3 dargestellt. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 mit einer nach außen weisenden Wand 32 der Enddeckel 15, 17 oder anderen Teilen des Gehäuses 14 verbunden sein. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 mit der nach außen weisenden Wand 32 im Wesentlichen innerhalb einer dicht abgeschlossenen Struktur 36 verbunden sein. Wie in 3 dargestellt, kann bei einigen Ausführungsformen zumindest einer der Enddeckel 15, 17 die dicht abgeschlossene Struktur als ein im Wesentlichen integrales Element aufweisen (z. B. ist mindestens einer der Enddeckel 15, 17 mit der dicht abgeschlossenen Struktur 36 ausgebildet) oder ein Element aufweisen, das mit dem mindestens einen der Enddeckel 15, 17 verbunden ist (z. B. ist die dicht abgeschlossene Struktur 36 mit mindestens einem der Enddeckel 15, 17 mittels beliebiger herkömmlicher Verbindungsverfahren verbunden, so dass die dicht abgeschlossene Struktur 36 im Wesentlichen undurchlässig gegenüber jeglichem Kühlmittel ist, das aus dem Maschinenhohlraum 16 ausströmt).
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Wie in 4 und 5 dargestellt, kann bei einigen Ausführungsformen der Erfindung das Kühlmittel durch ein im Wesentlichen dicht abgeschlossenes System strömen. Bei einigen weiteren Ausführungsformen kann die dicht abgeschlossene Struktur 36 in Fluidkommunikation mit dem Maschinenhohlraum 16 und einem Fluidzirkulationssystem sein (in 4 und 5 als 400, 415, 420 und 425 dargestellt), so dass die Pumpe 34 unterstützend bei einem Zirkulieren des Kühlmittels wirkt. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Fluidzirkulationssystem einen Sumpf 400, eine Kühlmittel-Rückförderleitung 420, und zwar über ein erstes Ende der Rückförderleitung 415, das zumindest teilweise in ein Kühlmittel 410 eingetaucht ist, und Kühlmittel-Zufuhrleitungen 425 aufweisen, die ausgelegt sind, um ein unter hohem Druck stehendes Kühlmittel mindestens einem Bauteil im Maschinenhohlraum 16 zuzuführen.
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Weiter kann bei einigen Ausführungsformen das Kühlmittelpassagensystem 425 und 420 weitere Konfigurationen aufweisen. Wie in 4 und 5 dargestellt, kann bei einigen Ausführungsformen das Kühlmittelpassagensystem arbeiten, ohne dass zumindest einige der Abtriebswellen-Kühlmittelkanäle und Rotorkühlmittel-Auslässe vorhanden sind. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen das Kühlmittelpassagensystem eine Einlasskühlmittel-Rückförderleitung 420 aufweisen, wobei ein erstes Ende der Rückförderleitung 415 in Fluidverbindung mit einem Kühlmittelsumpf steht. Bei einigen Ausführungsformen kann die Einlasskühlmittel-Rückführleitung 420 den Maschinenhohlraum 16 über die Pumpe 34 mit mindestens einigen der Kühlmittel-Druckleitungen 425 fluidmäßig verbinden. Außerdem können bei einigen Ausführungsformen mehrere Einlasskühlmittel-Rückförderleitungen 420 mehrere Einlasskanäle 425 mit dem Maschinenhohlraum 16 über die Pumpe 34 fluidmäßig verbinden. Bei einigen Ausführungsformen können die mehreren Einlasskanäle 425 konfiguriert sein, um Kühlmittel aus dem Maschinenhohlraum 16 aufzunehmen, so dass das Kühlmittel in eine (nicht dargestellte) Ausgabeleitung eintreten kann, und dann durch den Kühlmittelsumpf 400, und die Einlasskühlmittel-Rückförderleitung 420 strömen kann, und dann über die Pumpe 34 und Kühlmittel-Druckleitungen 425 erneut in den Maschinenhohlraum 16 eintreten kann.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 über das Fluidzirkulationssystem an den Kühlmittelmantel 30, den Abtriebswellen-Kühlmittelkanal, den Rotornaben-Kühlmittelkanal und einen Kühlmittelsumpf 400 fluidmäßig angeschlossen sein, der im Wesentlichen bei oder nahe einem Boden des Gehäuses 14, und/oder Orten entfernt vom Modul 10 positioniert ist. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, bedingt dadurch, dass die Pumpe 34 mit der Rotornabe 28 und/oder der Abtriebswelle 26 verbunden sein kann, da die Rotornabe 28 und die Abtriebswelle 26 sich während des Betriebs bewegen, die durch die elektrische Maschine 12 erzeugte Bewegung eine Operation der Pumpe 34 antreiben. Als Ergebnis kann die Pumpe 34, die über das Fluidzirkulationssystem in Fluidverbindung mit verschiedenen Elementen des Moduls 10 steht, zu einem Zirkulieren zumindest eines Teils des Kühlmittels durch den Kühlmittelmantel 30 und/oder durch die Abtriebswelle und die Rotornaben-Kühlmittelkanäle beitragen. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 einen Teil des Kühlmittels aus dem Kühlmittelsumpf 400 ansaugen und dieses durch den Kühlmittelmantel 30, und die anderen Kühlmittelkanäle zirkulieren. Auch kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 Kühlmittel aus außerhalb des Moduls 10 befindlichen Quellen ansaugen, zusätzlich oder anstelle eines Ansaugens von Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf 400.
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Zusätzlich kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 einen Teil des Kühlmittels rückfördern, nachdem es in den Maschinenhohlraum 16 eingetreten ist. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, nachdem das Kühlmittel in den Maschinenhohlraum 16 eingetreten ist und über einen Teil der Modulelemente 10 geströmt ist, ein Teil des Kühlmittels entweder in das Fluidzirkulationssystem durch mindestens einen (nicht dargestellten) Ablauf, der nahe des Bodens des Gehäuses 14 positioniert ist, eintreten, oder kann in den Kühlmittelsumpf bei oder nahe des Bodens des Gehäuses 14 eintreten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 (z. B. mittels einer Operation der Pumpe 34, die durch einen Betrieb von Maschine 12 angetrieben wird) einen Teil des Kühlmittels aus dem Ablauf und/oder dem Kühlmittelsumpf 400 entweder zum Kühlmittelmantel 30 und/oder der Abtriebswelle und den Rotornaben-Kühlmittelkanälen (nicht dargestellt) zirkulieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 auch einen Teil des Kühlmittels aus dem Ablauf und/oder dem Kühlmittelsumpf zu einem Wärmetauscherelement (nicht dargestellt) zirkulieren, und ein Teil der Wärmeenergie, die vom Modul 10 auf das Kühlmittel übertragen wurde, kann entfernt werden, und das Kühlmittel kann rezirkuliert werden.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe über das Fluidzirkulationssystem mit dem Kühlmittelmantel 30 fluidmäßig verbunden sein und arbeiten, ohne dass ein Abtriebswellen-Kühlmittelkanal, ein Rotornaben-Kühlmittelkanal oder beide vorhanden sind. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, bedingt dadurch, dass die Pumpe 34 mit der Rotornabe 28 und/oder der Abtriebswelle 26 verbunden sein kann, da die Rotornabe 28 und die Abtriebswelle 26 sich während des Betriebs bewegen, die durch die elektrische Maschine 12 erzeugte Bewegung eine Operation der Pumpe 34 antreiben. Als Ergebnis kann die Pumpe 34, die mit verschiedenen Elementen des Moduls 10 über das Fluidzirkulationssystem fluidmäßig verbunden ist, ein Zirkulieren zumindest eines Teils des Kühlmittels durch den Kühlmittelmantel 30 unterstützen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, bei einem Kühlmittelfluid aus dem Kühlmittelsumpf 400, die Pumpe 34 (z. B. mittels einer Operation der Pumpe 34, die durch einen Betrieb der Maschine 12 angetrieben wird), einen Teil des Kühlmittels zum Kühlmittelmantel 30 zirkulieren. Während dieser Operation bewegt sich ein Kühlmittelfluid in den Maschinenhohlraum und kann Wärmeenergie von mindestens einem Bauteil im Maschinenhohlraum aufnehmen, einschließlich, jedoch nicht eingeschränkt auf, die Rotornabe 28, den Stator und die Statorwicklungsköpfe. Als Ergebnis befindet sich generell ein Kühlmittelfluid, das anfänglich in den Maschinenhohlraum über die Pumpe 34 eintritt, bei einem ersten Eintreten in den Maschinenhohlraum 16 auf einer niedrigeren Temperatur als bei seinem Eintreten in den Kühlmittelmantel 30. Bei einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 34 auch einen Teil des Kühlmittels aus dem Ablauf und/oder dem Kühlmittelsumpf zu einem entfernten Ort zirkulieren, bei dem ein Teil des Kühlmittels in ein Wärmetauscherelement (nicht dargestellt) eintreten kann, und ein Teil der Wärmeenergie, die vom Modul 10 auf das Kühlmittel übertragen wurde, kann entfernt werden, und das Kühlmittel kann rezirkuliert werden. Außerdem kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 einen Teil des Kühlmittels aus dem Kühlmittelsumpf 400 ansaugen und dieses durch den Kühlmittelmantel 30 zirkulieren. Auch kann bei einigen Ausführungsformen die Pumpe 34 ein Kühlmittel aus außerhalb des Moduls 10 befindlichen Quellen ansaugen, zusätzlich oder anstelle eines Ansaugens von Kühlmittel aus dem Kühlmittelsumpf 400.
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Bei einigen Ausführungsformen können einige der zuvor erwähnten Pumpenkonfigurationen vorteilhaft gegenüber Konfigurationen sein, die eine generell externe Pumpenkonfiguration verwenden. Bei einigen Ausführungsformen kann, da keine externen Pumpen benötigt werden und ein Kühlmittel durch die Pumpen 34 gefördert und/oder rückgefördert werden kann, die Gesamtgröße des Moduls 10 sowie auch die Herstellungskosten verringert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Raum, in welchem das Modul 10 bei nachgelagerten Anwendungen installiert werden kann, verringert werden, da keine externen Pumpen in Begleitung zum Modul 10 benötigt werden.
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Für Fachleute versteht es sich, dass die Erfindung zwar in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen und Beispielen im Vorhergehenden beschrieben wurde, die Erfindung jedoch nicht notwendigerweise darauf eingeschränkt ist, und dass zahlreiche weitere Ausführungsformen, Beispiele, Verwendungen, Modifikationen sowie Abweichungen von den Ausführungsformen, Beispielen und Verwendungen durch die hier angefügten Ansprüche abgedeckt sein sollen. Die Offenbarung von jedem Patent und jeder Publikation, die hier zitiert sind, wird hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich in das vorliegende Dokument aufgenommen, so als wenn dies für jedes Patent oder Publikation separat vorgenommen würde.
