WO2006077188A1 - Electric drive unit comprising a heat pipe cooling system - Google Patents

Electric drive unit comprising a heat pipe cooling system Download PDF

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Abstract

The invention relates to an electric drive unit comprising at least one electric machine (1) containing a stator (7) and a rotor. The aim of the invention is to increase the cooling efficiency of said drive unit, in which at least the stator (7) is cooled by means of at least one heat pipe (5) containing an evaporator and a condensate zone. To achieve this, said zone lies in the vicinity of a bearing plate (2, 3) and/or an intermediate flange (4), which is or are traversed by a cooling fluid of an additional cooling circuit.

Description

Beschreibungdescription
Elektrische Antriebseinrichtung mit HeatpipekühlungElectric drive device with heatpipe cooling
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung mit zumindest einer elektrischen Maschine mit Stator und Ro¬ tor, wobei eine Kühlung zumindest des Stators im wesentlichen über Heatpipes mit Verdampferteil und Kondensatzone erfolgt .The invention relates to an electric drive device with at least one electric machine with stator and Ro ¬ tor, wherein a cooling of at least the stator takes place substantially via heat pipes with evaporator part and Kondensatzone.
Heatpipes , die auch als Wärmeleitrohre bezeichnet werden, be¬ stehen aus einem geschlossenen Aluminium- oder Kupferhohlkörper, wobei auf der Innenseite ein kapillar wirksames dochtar¬ tiges Material vorhanden ist . In diesem Hohlkörper befindet sich eine Flüssigkeit unter Eigendruck, die durch die kapil- laren alle internen Flächen benetzt . Bei Wärmeeintrag an ir¬ gend einem Punkt der Oberfläche der Heatpipes beginnt dort die Flüssigkeit lokal zu kochen und geht unter Wärmeenergie¬ aufnahme in Dampf über . Der Dampf verteilt sich mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit im Hohlkörper und konden- siert unter Wärmeabgabe an einer kälteren Stelle der Heatpi¬ pes . Da die Heatpipes eine wesentlich bessere Wärmeleitfähig¬ keit als Kupfer aufweisen, sind sie ein im Elektromaschinen- bau bekanntes Kühlmittel .Heatpipes, which are also referred to as heat pipes, be ¬ stand of a closed aluminum or copper hollow body, wherein on the inside of a capillary effective dochtar ¬ term material is present. In this hollow body is a liquid under its own pressure, which wets through the capillary all internal surfaces. When heat input to ir ¬ quietly a point on the surface of the heat pipes begins there, the liquid locally to boil and goes under heat energy ¬ receptive over into steam. The steam is distributed with a relatively high speed in the hollow body and condenses, releasing heat to a colder place of Heatpi ¬ pes. Since the heat pipes have a much better Thermal conductivity ¬ ness as copper, they are a well-known construction in the electrical machinery coolant.
So ist aus der DE 23 30 172 eine rotierende elektrische Ma¬ schine mit durch Wärmerohre gekühlten Rotoren und Statoren bekannt . Dabei wird die Kühlung der Wärmerohre über Konvekti- on zur Umgebungsluft durch gerippte Wärmetauscher sicherge¬ stellt . Diese Kondensatorzone wird somit durch den Luftstrom gekühlt und steigert die Effizienz der Kühlung durch Heatpi¬ pes .As is known from DE 23 30 172, a rotating electric machine with Ma ¬ cooled by heat pipes rotors and stators known. In this case, the cooling of the heat pipes via convection to the ambient air by finned heat exchanger sicherge ¬ provides. This condenser zone is thus cooled by the air flow and increases the efficiency of cooling by Heatpi ¬ pes.
Ausgehend von den oben genannten Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebseinrich- tung zu schaffen, bei der die Kühleffizienz weiter gesteigert werden, und der Aufwand für die Montage minimiert werden soll . Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass die Kondensatzone im Bereich eines Lagerschildes und/oder eines Zwischenflansches und/oder einer anderen Komponente der e- lektrischen Maschine liegt , der von einer Kühlflüssigkeit ei- nes weiteren Kühlkreislaufs durchströmt ist .Based on the abovementioned disadvantages, the object of the invention is to provide an electric drive device in which the cooling efficiency is further increased and the outlay for assembly is to be minimized. The solution of the problem is achieved in that the Kondensatzone is in the range of a bearing plate and / or an intermediate flange and / or another component of the e- lektrischen machine, which is flowed through by a cooling liquid of a further cooling circuit.
Dadurch steigert sich die Kondensatwirkung im Bereich der Kondensatzone und die Kühlung der elektrischen Antriebseinrichtung wird effizienter .This increases the condensate effect in the area of the condensing zone and the cooling of the electric drive device becomes more efficient.
Die elektrische Antriebseinrichtung umfasst zumindest eine elektrische Maschine, vorteilhafterweise sind aber ein Um¬ richter und/oder weitere Wärmequellen beinhaltende Elemente vorhanden . Sowohl die Umrichter als auch diese wärmequellen- aufweisenden Elemente können mittels Heatpipes an die beste¬ hende Flüssigkeitskühlung thermisch angekoppelt werden . Ebenso können diese weiteren Elemente wie auch der Umrichter an den weiteren Kühlkreislauf angeschlossen sein .The electric drive device comprises at least one electric machine, but advantageously a Um ¬ judge and / or other heat source-containing elements are present. Both the inverters and these heat source-containing elements can be thermally coupled by means of heat pipes to the best ¬ ing liquid cooling. Likewise, these other elements as well as the inverter can be connected to the other cooling circuit.
Vorteilhafterweise sind dabei die Kondensatzonen der Heatpi¬ pes nicht direkt im Flüssigkeitsstrom des weiteren Kühlkreis¬ laufes angeordnet . D . h . eine direkte Umspülung der Heatpipes erfolgt nicht . Es erfolgt somit eine indirekte Umströmung bzw . Kühlung der Heatpipes durch den Flüssigkeitsstrom des weiteren Kühlkreislaufs . Dies erleichtert die Abdichtungen in den Lagerschilden und/oder Zwischenflanschen gegenüber der elektrischen Maschine oder den anderen elektrischen Verbrauchern . Die anderen Komponenten der elektrischen Maschine, in denen die Kondensatzone der Heatpipes angeordnet ist , sind u . a . Gehäuseteile, die von Flüssigkeiten durchströmt sind .Advantageously, the Kondensätzeonen the Heatpi ¬ pes are not located directly in the liquid stream of the other cooling circuit ¬ run. D. H . a direct flushing of the heatpipes does not take place. There is thus an indirect flow or. Cooling of the heat pipes by the liquid flow of the other cooling circuit. This facilitates the seals in the end shields and / or intermediate flanges with respect to the electrical machine or the other electrical consumers. The other components of the electrical machine in which the Kondensatzone the heat pipes is arranged, u. a. Housing parts, which are flowed through by liquids.
Die Anbindung dieser Heatpipes erfolgt vorteilhafterweise da¬ durch, dass über eine wärmeleitende Fixiermasse sowohl die Verdampferzone mit dem Stator als auch die Kondensatzone mit dem Zwischenflansch bzw . Lagerschild insbesondere thermisch verbunden wird, um einen ausreichenden Wärmeübergang von der Kondensatzone über Fixiermasse und Metall des Lagerflansches bzw . Zwischenflansches zum weiteren Kühlkreislauf zu schaf¬ fen .The connection of these heat pipes is advantageously carried out as ¬ by that or via a heat-conducting fixing compound, both the evaporation zone with the stator as well as the condensation zone with the intermediate flange. Bearing plate is in particular thermally connected to a sufficient heat transfer from the Kondensatzone on fixing compound and metal of the bearing flange respectively . Intermediate flange to further cooling circuit to sheep ¬ fen.
Der thermische Übergang vom Blechpaket des Stators gestaltet sich demnach wie folgt : Blechpaket - Fixiermasse - Heatpipe - Fixiermasse - Metall des Zwischenflansches und/oder Lager¬ schildes - Kühlflüssigkeit des weiteren Kühlkreislaufes .The thermal transition from the laminated core of the stator is thus designed as follows: laminated core - fixing compound - heat pipe - fixing compound - metal of the intermediate flange and / or bearing ¬ shield - coolant of the other cooling circuit.
Falls sich die Heatpipes im Gehäuse befinden, ist ein weite- rer Wärmeübergang vom Blechpaket zum Gehäuse vorhanden .If the heatpipes are in the housing, there is further heat transfer from the laminated core to the housing.
Vorteilhafterweise ist die elektrische Maschine gehäuselos ausgeführt , so dass die Heatpipes sich achsparallel im Blech¬ paket der elektrischen Maschine erstrecken und durch die oben beschriebene thermische Anbindung an diesen weiteren Kühlkreislauf angeschlossen sind . In einer weiteren Ausführungsform sind diese Heatpipes gleichmäßig in Umfangsrichtung ver¬ teilt um die Kühlwirkung zu vergleichmäßigen .Advantageously, the electrical machine is designed without a housing, so that the heat pipes extend parallel to the axis in the sheet metal ¬ packet of the electric machine and are connected by the above-described thermal connection to this other cooling circuit. In a further embodiment, these heat pipes are evenly distributed in circumferential direction ver ¬ to equalize the cooling effect.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung gemäß Merkmalen derFurther embodiments of the invention according to features of
Unteransprüche werden in der schematisch dargestellten Zeichnung näher erläutert .Subclaims are explained in more detail in the drawing shown schematically.
FIG 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung schematisch darge- stellt eine elektrische Maschine 1 , die gehäuselos ausgeführt ist . Außer der Statorbohrung 8 sind in einem Blechpaket des Stators 7 Öffnungen 9 zur Aufnahme der Heatpipes 5 vorgese¬ hen, die achsparallel ausgerichtet und eingesetzt werden . Der Zwischenflansch 4 wird an den Stator 7 angesetzt , wobei damit die Heatpipes 5 in korrespondierende Ausnehmungen des Zwi¬ schenflansches 4 eingreifen und durch Fixiermasse thermisch leitfähig mit dem Zwischenflansch 4 verbunden werden .FIG. 1 shows, in an exploded view, schematically an electrical machine 1, which is designed without a housing. Except for the stator bore 8 7 openings 9 for receiving the heatpipes 5 vorgese ¬ hen in a laminated core of the stator, which are aligned axially parallel and used. The intermediate flange 4 is attached to the stator 7, wherein so that the heat pipes 5 schenflansches in corresponding recesses in the interim ¬ intervene 4 and are connected by thermally conductive fixing compound with the intermediate flange. 4
Ebenso können die Heatpipes 5 in dementsprechende Ausnehmun- gen eines Lagerschildes 2 oder 3 eingreifen und durch Fixiermasse wärmetechnisch leitfähig mit dem Zwischenflansch 4 verbunden werden . Beispielhaft zeigt der Zwischenflansch 4 Kühl- kanäle 6 in die ein Kühlmittel über die Zufuhröffnungen 10 und Abfuhröffnung 11 ein- bzw . ausgeleitet werden kann . Durch die thermische Anbindung der Kondensatzone der Heatpipes 5 im Zwischenflansch 4 wird die Kondensatorzone gekühlt und somit die thermische Effizienz der gesamten Kühlanordnung gesteigert .Likewise, the heat pipes 5 can engage in corresponding recesses of a bearing plate 2 or 3 and be thermally conductively connected by fixing compound to the intermediate flange 4. By way of example, the intermediate flange 4 shows cooling channels 6 into which a coolant via the supply openings 10 and discharge opening 11 on or. can be discharged. Due to the thermal connection of the Kondensatzone the heat pipes 5 in the intermediate flange 4, the condenser zone is cooled and thus increases the thermal efficiency of the entire cooling arrangement.
Des Weiteren lassen sich durch diesen zweiten Kühlkreislauf, der durch die Kühlkanäle 6 gebildet wird, weitere Heatpipes 5 , die in den Zwischenflansch 4 oder in die Lagerschilde 2 eingreifen, zusätzliche Elemente einer nicht näher darge¬ stellten elektrischen Antriebseinrichtung wie Umrichter mitkühlen . Dabei sind vorteilhafterweise die Heatpipes 5 flächig ausgeführt .Furthermore, can be through this second cooling circuit, which is formed by the cooling channels 6, further heat pipes 5, which engage in the intermediate flange 4 or in the end shields 2, additional elements of an unspecified Darge ¬ presented electric drive device such as inverter mitkühlen. In this case, the heat pipes 5 are advantageously made flat.
Die Heatpipes 5 sind vorteilhafterweise nicht nur als gerade, starre, stabförmige Teile ausgeführt sondern sind flexibel ausgebildet , so dass sich die Heatpipes 5 den jeweiligen Er¬ fordernissen bei der Montage anpassen lassen . Dabei sind die Heatpipes 5 an beliebigen Stellen der Heatpipe 5 oder an konstruktiv vorgegebenen Stellen der Heatpipe 5 biegbar .The heat pipes 5 are advantageously not only as a straight, rigid, rod-shaped parts executed but are designed to be flexible so that the heat pipes 5 each ¬ He fordernissen can adapt in the assembly. In this case, the heat pipes 5 are bendable at arbitrary locations of the heat pipe 5 or at structurally predetermined locations of the heat pipe 5.
Ein großer erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, dass die Kondensatzone obwohl sie flüssigkeitsgekühlt ist , nicht ei- gens abgedichtet werden muss . Die Kondensatzone der Heatpipes 5 steht somit nicht in direktem Kontakt mit der Kühlflüssig¬ keit . Dies erleichtert die Montage und gewährleistet einen störungsfreien Betrieb der elektrischen Maschine . A great advantage according to the invention is that the condensing zone, although liquid-cooled, does not have to be sealed off. The Kondensatzone the heat pipes 5 is thus not in direct contact with the cooling liquid ¬ speed. This facilitates assembly and ensures trouble-free operation of the electrical machine.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrische Antriebseinrichtung mit zumindest einer elek¬ trischen Maschine ( 1 ) mit Stator und Rotor, wobei eine Küh- lung zumindest des Stators ( 7 ) über zumindest eine Heatpipe ( 5 ) erfolgt , die einen Verdampfer und ein Kondensatzone auf¬ weist , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kondensatzone im Bereich eines Lagerschildes und/oder eines Zwischenflansches und/oder einer anderen Kom- ponente der elektrischen Maschine liegt , der von einer Kühl¬ flüssigkeit eines weiteren Kühlkreislaufs durchströmt ist .1. Electric drive device with at least one elec ¬ cal machine (1) with stator and rotor, wherein a cooling at least the stator (7) via at least one heat pipe (5), which has an evaporator and a Kondensatzone on ¬ , characterized that the condensation zone in the region of a bearing plate and / or of an intermediate and / or other compo- nent of the electric machine is located, which is surrounded by a cooling liquid ¬ a further cooling circuit flows.
2. Elektrische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass weitere durch Heatpipes ( 5 ) zu kühlende Elemente , wie Umrichter an diesem weiteren Kühlkreislauf thermisch angeschlossen sind .2. Electric drive device according to claim 1, ¬ characterized in that further by heat pipes (5) to be cooled elements, such as converters are thermally connected to this further cooling circuit.
3. Elektrische Antriebseinrichtung nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass die Heatpipe ( 5 ) durch wärmeleitfähige Fixier¬ masse im Lagerschild ( 2 , 3 ) und/oder dem Zwischenflansch ( 4 ) eingebettet ist .3. Electrical drive device according to one of vorherge ¬ henden claims, dadurchgekennzeich- - net, that the heat pipe (5) by thermally conductive Fixier ¬ mass in the bearing plate (2, 3) and / or the intermediate flange (4) is embedded.
4. Elektrische Antriebseinrichtung nach einem der vorherge- henden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass die Heatpipes ( 5 ) im Stator ( 7 ) in Umfangs- richtung achsparallel verteilt sind .4. Electrical drive device according to one of the preceding claims, dadurchgekennzeich ¬ net, that the heat pipes (5) in the stator (7) are distributed axially parallel in the circumferential direction.
5. Elektrische Antriebseinrichtung nach Anspruch 4 , d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Heatpi¬ pes ( 5 ) im Stator ( 7 ) in Umfangsrichtung gleichmäßig achspa¬ rallel verteilt sind .5. Electric drive device according to claim 4, characterized - in that the Heatpi ¬ pes (5) in the stator (7) in the circumferential direction are evenly distributed axially parallel ¬ .
6. Elektrische Antriebseinrichtung nach einem der vorherge- henden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass die elektrische Maschine ( 1 ) gehäuselos ausge- führt ist , wobei sich die Heatpipes ( 5 ) im Blechpaket des Stators ( 7 ) befinden .6. Electrical drive device according to one of the preceding claims, dadurchgekennzeich ¬ net, that the electrical machine (1) without housing ausge- leads, with the heat pipes (5) are in the laminated core of the stator (7).
7. Elektrische Antriebseinrichtung nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Heatpipes ( 5 ) flexibel ausgebildet sind . 7. Electric drive device according to one of vorherge ¬ existing claims, characterized in that the heat pipes (5) are flexible.
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