WO2012156104A1 - Cooling jacket for electric motors - Google Patents

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WO2012156104A1
WO2012156104A1 PCT/EP2012/051790 EP2012051790W WO2012156104A1 WO 2012156104 A1 WO2012156104 A1 WO 2012156104A1 EP 2012051790 W EP2012051790 W EP 2012051790W WO 2012156104 A1 WO2012156104 A1 WO 2012156104A1
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WO
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coolant
cooling jacket
section
helical line
electric motor
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/051790
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thorsten SCHUBERT
Thomas Mehlis
Christian Witt
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Definitions

  • the invention relates to a cooling jacket for cooling an electric motor having a coolant inlet, a coolant outlet and a helical conduit, wherein the helical conduit is provided to at least partially enclose the electric motor to be cooled and to guide a coolant from the coolant inlet to the coolant outlet.
  • the object of the invention is therefore to optimize the cooling capacity of a cooling jacket based on a helical line with regard to the temperature gradient, that is to achieve a required cooling capacity as independently as possible from the heat already absorbed by the coolant.
  • a wheel bearing unit of the type mentioned above in that a flow cross-section of the helical line is variable at least on a portion of the helical line in the flow direction of the coolant.
  • the flow area is the area on which the flow direction is vertical and which is circumferentially bounded by the conduit.
  • a hollow cylindrical cooling jacket with a spiral-shaped line as a special case of a helical line, the flow cross-section of a portion of the line is in the radial plane, in which the helical axis is located, to which the hollow-cylindrical cooling jacket is arranged concentrically in this case.
  • a helical conduit is a waveguide for a fluid that winds around a helix axis.
  • the helical line is formed mainly by a hollow cylindrical cooling jacket having groove-like recesses in the radial direction, at least partially the helical Forming the line.
  • the helical line to the waveguide is completed by the groove-like recesses are covered radially.
  • the electric motor is disposed within the helical line, or is at least partially covered by this. The same applies to the cooling jacket itself.
  • the helical line has a coolant inlet and a coolant outlet, whereby the flow direction of the coolant, namely from the coolant inlet to the coolant outlet, is fixed.
  • a portion of the helical conduit may be selected from any two points in the helical conduit.
  • a meaningful division of the cuts can be selected based on complete circumferential cycles.
  • a section could be defined by exactly one or more circumferential runs of the coolant. In this way, the helical line is subdivided into a certain number of sections.
  • the flow cross-section of the nozzle-like line changes continuously at least within such a section.
  • a change in the flow cross-section can be caused for example by a change in the axial width, wherein the radial thickness of the helical line remains constant. Since the heat flow from the electric motor into the heat conduction-coupled cooling jacket takes place in the radial direction, an axially distributed helical line offers a larger heat absorption area.
  • a temperature gradient is the temperature difference in relation to a corresponding distance.
  • the corresponding distance is understood to be the distance from the heat source to the corresponding section of the helical line, the temperature difference being formed by the temperature of the heat source and the local temperature of the coolant in the section of the helical line.
  • the helical line essentially forms a cooling spiral, which can be arranged concentrically with respect to a helix axis.
  • the base of the cooling jacket, or the helical line must not necessarily be circular, but may also be elliptical or almost square, but offers a circular base, since a helical formation of the helical line is easy to produce due to the high degree of symmetry and saves space.
  • the cooling jacket can be covered by means of a hollow-cylindrical or cup-like cover, the cover at least partially delimiting the helical line, in particular in the radial direction, relative to the turning axis.
  • a shape of the lid allows simple shapes and a low number of components, which in turn allows low production costs. It is particularly advantageous if the lid can equally limit several sections of the helical line.
  • at least the coolant inlet or the coolant outlet is arranged on one axial side of the cooling jacket.
  • the cooling jacket has two axial sides which form an opening in the direction of the helix axis.
  • the coolant inlet and the coolant outlet are arranged on the same axial side, so that a supply of coolant, for example by hose, has to take place only from one side.
  • the section extends from the coolant inlet to the coolant outlet.
  • the changes the flow area in the same manner can change from the coolant inlet to the coolant outlet.
  • the axial width of the helical line per revolution expands by a fixed value.
  • a flow cross section of the coolant outlet remains constant Millimeters in radial thickness and 35 millimeters in axial width.
  • the flow cross-section of the section changes continuously in the flow direction. Since normally the absorption of the amount of heat does not occur abruptly, but continuously precipitates into coolant, it is also useful to continuously design the changes in the flow cross-section corresponding to the heat quantity increase in the coolant. A deviation from the continuous changes is given when the electric motor is not to be regarded as a homogeneous heat source, but has several points that have different temperatures during operation. In this case, the flow cross-section can be adapted according to the temperatures to be expected so that at higher temperatures, a larger amount of coolant is available for heat absorption.
  • the flow cross section of the section in the flow direction changes abruptly, for example, if a better mixing of the coolant is to be achieved, or a particularly hot point of the electric motor must be cooled.
  • the flow cross-section of the section in the flow direction must be made larger or smaller.
  • the helical line has two or more sections with the flow direction variable flow cross-section. It may well be that parts of the helical line have no cooling function, but only forward the coolant to other sections, the a cooling are provided. In the non-cooling sections, flow area changes for cooling optimization are not required, but may still vary to reduce the refrigerant pressure.
  • a cooling jacket according to the invention can be used in a wheel hub motor, since these electric motors have a cylindrical shape due to their symmetry relationships. But also in conjunction with other electric motors whose stator often provide a cylindrical outer shape, the cooling jacket according to the invention can be used.
  • central drives which are intended to drive several vehicles in vehicles, with optionally a transmission between the wheel and the electric motor designed as a central drive is interposed.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a cooling jacket, and n second embodiment of a cooling jacket.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a cooling jacket 20, in which an electric motor or a part thereof can be arranged.
  • a corresponding heat coupling is provided, for example Air gaps or similar poorly conductive zones avoids.
  • the coolant inlet 21 has the smallest flow cross-section of the helical line 23, which ends with the coolant outlet 22 and is formed in this embodiment as a spiral-shaped line 23.
  • the coolant outlet 22 has the largest flow cross-section.
  • the cooling jacket 20 is provided for an electric motor which has a substantially homogeneous heat output in the axial direction along the turning axis S.
  • the temperature of the coolant is lowest at the coolant inlet 21 and increases to the same extent as the width of the flow cross-section increases. Due to the greater axial width, the temperature gradient that is greatest at the coolant inlet 21 and smallest at the coolant outlet 22 can be compensated.
  • the cooling function can be further optimized by the axial distances of the sections of the helical line 23 are selected from each other accordingly. For example, it is conceivable that in the area of the coolant inlet 21 the sections are spaced further apart from each other than in the vicinity of the coolant outlet 22. Thus, the cooling capacity in the vicinity of the coolant inlet 21 is reduced in comparison to the cooling capacity in the vicinity of the coolant outlet 22 and can continue to compensate for the different temperature gradients. The result is uniform cooling of the electric motor over the entire cooling section.
  • the required hydraulic power for the coolant flow can be reduced, since the pressure losses occurring, in particular in the case of an ner continuous change of the flow area, can be minimized.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a cooling jacket 10.
  • the cooling jacket 10 has a total of five sections, which are fixed by means of a reference cut A through the helical line 13 in a radial plane to the helix axis S.
  • the first section begins at the not shown coolant inlet to the flow cross section A4.
  • the second section begins at the flow cross section A4 and ends after one revolution in the circumferential direction at the flow cross section A3.
  • the third section begins at the flow cross section A3 and also ends after one revolution at the flow cross section A2, etc.
  • the fifth and last section begins at the flow cross section A1 and ends at the coolant outlet, not shown.
  • the transport of the coolant in the axial direction can be regulated by a corresponding pitch (similar to a screw thread) with respect to the radial circumference B, which forms a concentric circle with respect to the helix axis.
  • the axial spacing of the sections with each other is constant in the second embodiment.
  • the invention relates to a cooling jacket for cooling an electric motor with a coolant inlet, a coolant outlet and a helical line, wherein the helical line is provided to at least partially cover the electric motor to be cooled and to direct a coolant from the coolant inlet to the coolant outlet.
  • a disadvantage of such cooling jackets is that the temperature gradient to the electric motor to be cooled decreases continuously along the line, with the result that the cooling power for inlet-near and for off-set components of the electric motor can clearly differ. Therefore, it is proposed to change the flow cross section of the helical line at least on a portion of the helical line in the flow direction of the coolant.
  • a decreasing heat capacity of the coolant can be compensated by a larger amount of coolant.
  • particularly waste heat-rich Parts of the electric motor to be cooled are cooled intensively despite a low temperature gradient.

Abstract

In summary, the invention relates to a cooling jacket for cooling an electric motor, having a coolant inlet, a coolant outlet and a helical line, wherein the helical line is provided for the purpose of at least partially surrounding the electric motor which is to be cooled and conducting a coolant from the coolant inlet to the coolant outlet. One disadvantage of cooling jackets of this kind is that the temperature gradient along the line drops continuously to the electric motor which is to be cooled, whereby the cooling power for constituent parts of the electric motor which are close to the inlet and remote from the inlet can differ considerably. Therefore, the invention proposes changing the throughflow cross section of the helical line at least over a portion of the helical line in the flow direction of the coolant. Therefore, a falling heat absorption capacity of the coolant can be compensated by a relatively large quantity of coolant. Furthermore, points of the electric motor which is to be cooled which exhibit a particularly large amount of waste heat can be cooled intensively in spite of a low temperature gradient.

Description

Bezeichnung der Erfindung  Name of the invention
Kühlmantel für Elektromotor Cooling jacket for electric motor
Beschreibung description
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen Kühlmantel zur Kühlung eines Elektromotors mit einem Kühlmitteleinlass, einem Kühlmittelauslass und einer wendelartigen Leitung, wobei die wendelartige Leitung dazu vorgesehen ist, den zu kühlenden Elektromotor zumindest teilweise zu umfassen und ein Kühlmittel vom Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass zu leiten. FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a cooling jacket for cooling an electric motor having a coolant inlet, a coolant outlet and a helical conduit, wherein the helical conduit is provided to at least partially enclose the electric motor to be cooled and to guide a coolant from the coolant inlet to the coolant outlet.
Stand der Technik Hintergrund der Erfindung Aus DE 10 2005 052 364 A1 ist ein Elektromotor bekannt, an dessen Stator eine wendelartige Leitung zum Transport eines Kühlmittels ausgebildet ist. Die Kühlmittelleitungen werden durch ein Gehäuse und an dessen Außenseiten parallel zur Längsachse des Elektromotors spiralförmig verlaufenden Vorsprung, als auch durch einen becherförmigen Deckel ausgebildet. Der Zufluss und der Auslass der Kühlleitungen sind in den becherförmigen Deckel eingebracht, womit axial beidseitig Verbindungen zur Kühlmittelleitung hergestellt werden müssen. Background of the Invention From DE 10 2005 052 364 A1 an electric motor is known, on the stator of which a helical line for transporting a coolant is formed. The coolant lines are formed by a housing and on its outer sides parallel to the longitudinal axis of the electric motor spirally extending projection, as well as by a cup-shaped lid. The inflow and the outlet of the cooling lines are introduced into the cup-shaped lid, which must be made axially on both sides connections to the coolant line.
Daran ist problematisch, dass bei Radnabenmotoren, aber auch bei anderen Elektromotoren, wie zum Beispiel bei Zentralantrieben, nachteiligerweise die lokale Kühlung begrenzt ist. Wenn man den Temperaturgradienten der wendelartigen Leitung zum Elektromotor hin betrachtet, so erkennt man, dass der Temperaturgradient in Flussrichtung entlang der wendelartigen Leitung ab- nimmt. Somit ist die Kühlleistung in der Nähe des Kühlmitteleinlass stets deutlich besser, als in der Nähe des Auslasses, wo das Kühlmittel bereits eine größere Wärmemenge aufgenommen und eine höhere Temperatur erlangt hat. Aus diesem Grund ist eine Kühlung basierend auf einer derartigen wendelarti- gen Leitung sehr unflexibel, wenn lokal vorgegebene Kühlleistungen erzielt werden müssen. This is problematic that in wheel hub motors, but also in other electric motors, such as in central drives, disadvantageously, the local cooling is limited. If one observes the temperature gradient of the helical line towards the electric motor, it can be seen that the temperature gradient in the flow direction along the helical line decreases. takes. Thus, the cooling performance in the vicinity of the coolant inlet is always significantly better than in the vicinity of the outlet, where the coolant has already absorbed a larger amount of heat and attained a higher temperature. For this reason, cooling based on such a helical line is very inflexible if locally prescribed cooling capacities have to be achieved.
Aufgabenstellung Zusammenfassung der Erfindung Task summary of the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Kühlleistung eines auf einer wendelartigen Leitung basierenden Kühlmantels hinsichtlich des Temperaturgradienten zu optimieren, das heißt, möglichst unabhängig von der bereits durch das Kühlmittel aufgenommenen Wärme eine erforderliche Kühlleistung zu erzielen. The object of the invention is therefore to optimize the cooling capacity of a cooling jacket based on a helical line with regard to the temperature gradient, that is to achieve a required cooling capacity as independently as possible from the heat already absorbed by the coolant.
Die Aufgabe wird durch eine Radlagereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Durchflussquerschnitt der wendelartigen Leitung zumindest auf einem Teilstück der wendelartige Leitung im Fließrichtung des Kühlmittels veränderlich ist. The object is achieved by a wheel bearing unit of the type mentioned above in that a flow cross-section of the helical line is variable at least on a portion of the helical line in the flow direction of the coolant.
Der Durchflussquerschnitt ist die Fläche, auf der die Flussrichtung senkrecht steht und die durch die Leitung umfänglich begrenzt wird. Bei einem hohlzylindrischen Kühlmantel mit einer spiralförmigen Leitung, als Sonderfall einer wendelartigen Leitung, liegt der Durchflussquerschnitt eines Teilstücks der Leitung in der Radialebene, in der auch die Wendelachse liegt, zu der der in diesem Fall hohlzylindrische Kühlmantel konzentrisch angeordnet ist. The flow area is the area on which the flow direction is vertical and which is circumferentially bounded by the conduit. In a hollow cylindrical cooling jacket with a spiral-shaped line, as a special case of a helical line, the flow cross-section of a portion of the line is in the radial plane, in which the helical axis is located, to which the hollow-cylindrical cooling jacket is arranged concentrically in this case.
Eine wendelartige Leitung ist ein Hohlleiter für eine Flüssigkeit, der sich um eine Wendelachse windet. Idealerweise wird die wendelartige Leitung hauptsächlich durch einen hohlzylindrischen Kühlmantel gebildet, der in radialer Richtung rillenartige Ausnehmungen aufweist, die zumindest teilweise die wendelartige Leitung bilden. In Kombination mit einem Deckel, oder einem anderen Bauteil, wird die wendelartige Leitung zum Hohlleiter vervollständigt, indem die rillenartigen Ausnehmungen radial abgedeckt werden. In der Regel ist der Elektromotor innerhalb der wendelartigen Leitung angeordnet, beziehungsweise wird zumindest teilweise von dieser umfasst. Entsprechendes gilt für den Kühlmantel selbst. Die wendelartige Leitung weist einen Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass auf, wodurch auch die Flussrichtung des Kühlmittels, nämlich vom Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass, festgelegt ist. A helical conduit is a waveguide for a fluid that winds around a helix axis. Ideally, the helical line is formed mainly by a hollow cylindrical cooling jacket having groove-like recesses in the radial direction, at least partially the helical Forming the line. In combination with a cover, or other component, the helical line to the waveguide is completed by the groove-like recesses are covered radially. In general, the electric motor is disposed within the helical line, or is at least partially covered by this. The same applies to the cooling jacket itself. The helical line has a coolant inlet and a coolant outlet, whereby the flow direction of the coolant, namely from the coolant inlet to the coolant outlet, is fixed.
Ein Teilstück der wendelartigen Leitung kann von zwei beliebigen Punkten in der wendelartige Leitung gewählt werden. Eine sinnvolle Einteilung der Teilstücke kann anhand vollständiger umfänglicher Umläufe gewählt werden. So könn- te beispielsweise ein Teilstück durch genau einen oder mehrere umfängliche Läufe des Kühlmittels festgelegt werden. Auf diese Weise ist die wendelartige Leitung in eine bestimmte Anzahl von Teilstücken unterteilbar. A portion of the helical conduit may be selected from any two points in the helical conduit. A meaningful division of the cuts can be selected based on complete circumferential cycles. Thus, for example, a section could be defined by exactly one or more circumferential runs of the coolant. In this way, the helical line is subdivided into a certain number of sections.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich der Durchflussquerschnitt der wen- delartige Leitung zumindest innerhalb eines solchen Teilstücks kontinuierlich ändert. Eine Änderung des Durchflussquerschnittes kann beispielsweise durch eine Änderung der axialen Breite hervorgerufen werden, wobei die radiale Dicke der wendelartigen Leitung konstant bleibt. Da der Wärmefluss vom Elektromotor in den wärmeleitungsmäßig angekoppelten Kühlmantel in radialer Richtung stattfindet, bietet eine axial verbreitete wendelartige Leitung eine größere Wärmeaufnahmefläche. Ist bekannt, dass in einem bestimmten Teilstück die Temperatur des Kühlmittels bereits auf einer im Vergleich zur Eingangstemperatur hohen Wert angestiegen ist, so kann die wendelartige Leitung in diesem Teilstück der Art verbreitert werden, dass die Wärme nunmehr auf eine größere Kühlmittelmenge übertragen werden kann, die innerhalb der wendelartigen Leitung in Umfangsrichtung weitergeführt wird. Dadurch kann der in diesem Teilstück vorherrschende niedrige Temperaturgradient zwischen Elektromotor und dem Teilstück durch eine größere Menge an Kühlmittel kompensiert werden. Ein Temperaturgradient ist die Temperaturdifferenz im Verhältnis zu einem dazu korrespondierenden Abstand. Unter dem korrespondierenden Abstand wird die Entfernung von der Wärmequelle bis zum korrespondierenden Teilstück der wendelartigen Leitung verstanden, wobei die Temperaturdifferenz aus der Temperatur der Wärmequelle und der lokalen Temperatur des Kühlmittels im Teilstück der wendelartige Leitung gebildet wird. According to the invention, it is provided that the flow cross-section of the nozzle-like line changes continuously at least within such a section. A change in the flow cross-section can be caused for example by a change in the axial width, wherein the radial thickness of the helical line remains constant. Since the heat flow from the electric motor into the heat conduction-coupled cooling jacket takes place in the radial direction, an axially distributed helical line offers a larger heat absorption area. It is known that in a certain section, the temperature of the coolant has already risen to a high value compared to the input temperature, the helical line can be widened in this section of the type that the heat can now be transferred to a larger amount of coolant is continued within the helical line in the circumferential direction. Thereby, the prevailing in this section low temperature gradient between the electric motor and the section can be compensated by a larger amount of coolant. A temperature gradient is the temperature difference in relation to a corresponding distance. The corresponding distance is understood to be the distance from the heat source to the corresponding section of the helical line, the temperature difference being formed by the temperature of the heat source and the local temperature of the coolant in the section of the helical line.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bildet die wendelartige Leitung im we- sentlichen eine Kühlspirale, die konzentrisch zu einer Wendelachse anordenbar ist. Die Grundfläche des Kühlmantels, beziehungsweise der wendelartigen Leitung muss nicht notwendigerweise kreisrund sein, sondern kann auch elliptisch oder nahezu quadratisch sein, jedoch bietet sich eine kreisförmige Grundfläche an, da eine spiralförmige Ausbildung der wendelartige Leitung aufgrund des hohen Symmetriegrades leicht herzustellen ist und platzsparend wirkt. In an advantageous embodiment, the helical line essentially forms a cooling spiral, which can be arranged concentrically with respect to a helix axis. The base of the cooling jacket, or the helical line must not necessarily be circular, but may also be elliptical or almost square, but offers a circular base, since a helical formation of the helical line is easy to produce due to the high degree of symmetry and saves space.
Vorteilhafterweise ist der Kühlmantel mittels eines hohlzylindrischen oder becherartigen Deckels abdeckbar, wobei der Deckel zumindest teilweise die wendelartige Leitung, insbesondere in radialer Richtung, bezogen auf die Wen- delachse, begrenzt. Eine derartige Form des Deckel ermöglicht einfache Formen und eine geringe Bauteilanzahl, die wiederum niedrige Herstellungskosten ermöglicht. Vorteilhaft ist insbesondere, wenn der Deckel mehrere Teilstücke der wendelartigen Leitung gleichermaßen begrenzen kann. Vorteilhafterweise ist wenigstens der Kühlmitteleinlass oder der Kühlmittelaus- lass an einer axialen Seite des Kühlmantels angeordnet. Der Kühlmantel hat zwei axiale Seiten, die in Richtung der Wendelachse eine Öffnung ausbilden. Vorteilhafterweise sind der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass an der gleichen axialen Seite angeordnet, so dass eine Zuführung von Kühlmittel, zum Beispiel per Schlauch, nur von einer Seite erfolgen muss. Advantageously, the cooling jacket can be covered by means of a hollow-cylindrical or cup-like cover, the cover at least partially delimiting the helical line, in particular in the radial direction, relative to the turning axis. Such a shape of the lid allows simple shapes and a low number of components, which in turn allows low production costs. It is particularly advantageous if the lid can equally limit several sections of the helical line. Advantageously, at least the coolant inlet or the coolant outlet is arranged on one axial side of the cooling jacket. The cooling jacket has two axial sides which form an opening in the direction of the helix axis. Advantageously, the coolant inlet and the coolant outlet are arranged on the same axial side, so that a supply of coolant, for example by hose, has to take place only from one side.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich das Teilstück vom Kühlmitteleinlass bis zum Kühlmittelauslass. Damit ist gemeint, dass sich die Ände- rungen des Durchflussquerschnittes in der gleichen Art und Weise vom Kühlmit- teleinlass bis zum Kühlmittelauslass ändern kann. Beispielsweise erweitert sich die axiale Breite der wendelartige Leitung pro Umlauf um einen festen Wert. Beispielsweise bei einem rechteckigen Durchflussquerschnitt mit einer radialen Dicke von 5 Millimetern und einer axialen Breite von 5 Millimetern am Kühlmit- teleinlass und einer axialen Verbreiterung der wendelartige Leitung pro Umlauf von 1 Millimeter führt nach 30 Umläufen im Kühlmantel zu einem Durchflussquerschnitts des Kühlmittelauslass von gleich bleibenden 5 Millimetern radialer Dicke und 35 Millimetern axialer Breite. In an advantageous embodiment, the section extends from the coolant inlet to the coolant outlet. This means that the changes the flow area in the same manner can change from the coolant inlet to the coolant outlet. For example, the axial width of the helical line per revolution expands by a fixed value. For example, in the case of a rectangular flow cross-section with a radial thickness of 5 millimeters and an axial width of 5 millimeters at the coolant inlet and an axial broadening of the helical line per revolution of 1 millimeter, after 30 revolutions in the cooling jacket, a flow cross section of the coolant outlet remains constant Millimeters in radial thickness and 35 millimeters in axial width.
Vorteilhafterweise ändert sich der Durchflussquerschnitt des Teilstücks im Fließrichtung kontinuierlich. Da normalerweise die Aufnahme der Wärmemenge nicht schlagartig eintritt, sondern sich kontinuierlich in Kühlmittel niederschlägt, ist es auch sinnvoll die Änderungen des Durchflussquerschnittes entsprechend des Wärmemengenzuwachses im Kühlmittel kontinuierlich auszubilden. Eine Abweichung von der kontinuierlichen Änderungen ist dann gegeben, wenn der Elektromotor nicht als homogene Wärmequelle anzusehen ist, sondern mehrere Stellen aufweist, die im Betrieb unterschiedliche Temperaturen aufweisen. In diesem Fall kann der Durchflussquerschnitt gemäß den zu erwartenden Tempe- raturen dahingehend angepasst werden, dass bei höheren Temperaturen auch eine größere Kühlmittelmenge zur Wärmeaufnahme zur Verfügung steht. Advantageously, the flow cross-section of the section changes continuously in the flow direction. Since normally the absorption of the amount of heat does not occur abruptly, but continuously precipitates into coolant, it is also useful to continuously design the changes in the flow cross-section corresponding to the heat quantity increase in the coolant. A deviation from the continuous changes is given when the electric motor is not to be regarded as a homogeneous heat source, but has several points that have different temperatures during operation. In this case, the flow cross-section can be adapted according to the temperatures to be expected so that at higher temperatures, a larger amount of coolant is available for heat absorption.
Vorteilhafterweise ändert sich der Durchflussquerschnitt des Teilstücks im Fließrichtung sprunghaft, wenn beispielsweise eine bessere Durchmischung des Kühlmittels erreicht werden soll, oder eine besonders heiße Stelle des E- lektromotor gekühlt werden muss. Entsprechend den Temperaturverhältnissen innerhalb des Kühlmantels ist der Durchflussquerschnitt des Teilstücks im Fließrichtung größer oder kleiner auszulegen. Vorteilhafterweise weist die wendelartige Leitung zwei oder mehrere Teilstücke mit dem Fließrichtung veränderlichem Durchflussquerschnitt auf. Es kann durchaus sein, dass Teilstücke der wendelartigen Leitung keine kühlende Funktion haben, sondern nur das Kühlmittel an andere Teilstücke weiterleiten, die zu einer Kühlung vorgesehen sind. In den nicht kühlenden Teilstücken sind Durchflussquerschnittänderungen zur Kühlungsoptimierung nicht erforderlich, können aber zur Verminderung des Kühlmitteldrucks dennoch variieren. Beispielsweise lässt sich ein erfindungsgemäßer Kühlmantel in einem Radnabenmotor einsetzen, da diese Elektromotoren aufgrund ihrer Symmetrieverhältnisse zylindrische Form aufweisen. Aber auch in Verbindung mit anderen Elektromotoren, deren Stator oft für eine zylindrische Außenform sorgen, ist der erfindungsgemäße Kühlmantel einsetzbar. Entsprechendes gilt auch beispiels- weise bei Zentralantrieben, die dazu vorgesehen sind in Fahrzeugen mehrere Räder anzutreiben, wobei gegebenenfalls ein Getriebe zwischen Rad und dem als Zentralantrieb ausgeführten Elektromotor zwischengeschaltet ist. Advantageously, the flow cross section of the section in the flow direction changes abruptly, for example, if a better mixing of the coolant is to be achieved, or a particularly hot point of the electric motor must be cooled. Depending on the temperature conditions within the cooling jacket, the flow cross-section of the section in the flow direction must be made larger or smaller. Advantageously, the helical line has two or more sections with the flow direction variable flow cross-section. It may well be that parts of the helical line have no cooling function, but only forward the coolant to other sections, the a cooling are provided. In the non-cooling sections, flow area changes for cooling optimization are not required, but may still vary to reduce the refrigerant pressure. For example, a cooling jacket according to the invention can be used in a wheel hub motor, since these electric motors have a cylindrical shape due to their symmetry relationships. But also in conjunction with other electric motors whose stator often provide a cylindrical outer shape, the cooling jacket according to the invention can be used. The same applies, for example, in central drives, which are intended to drive several vehicles in vehicles, with optionally a transmission between the wheel and the electric motor designed as a central drive is interposed.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfin- dung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen. Further advantageous embodiments and preferred refinements of the invention can be taken from the description of the figures and / or the subclaims.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert. In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kühlmantels, und n zweites Ausführungsbeispiel eines Kühlmantels. Fig. 1 shows a first embodiment of a cooling jacket, and n second embodiment of a cooling jacket.
Ausführungsbeispiel Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kühlmantels 20, in welchem ein Elektromotor oder einen Teil eines solchen angeordnet werden kann. Für eine optimale Kühlung des (nicht abgebildeten) Elektromotors durch den Kühlmantel 20 ist es erforderlich, dass für eine optimale Wärmeleitung vom Elekt- romotor, radial von der Wendelachse S nach außen in die Innenfläche des hohlzylindrischen Kühlmantels 20 eine entsprechende Wärmekopplung vorgesehen wird, die beispielsweise Luftspalte oder ähnlich schlecht leitende Zonen vermeidet. Der Kühlmitteleinlass 21 weist den kleinsten Durchflussquerschnitt der wendelartige Leitung 23 auf, die mit dem Kühlmittelauslass 22 endet und in diesem Ausführungsbeispiel als spiralförmige Leitung 23 ausgebildet ist. Der Kühlmittelauslass 22 weist den größten Durchflussquerschnitt auf. Der Kühlmantel 20 ist für einen Elektromotor vorgesehen, der in axialer Richtung entlang der Wen- delachse S eine im wesentlichen homogene Wärmeabgabe aufweist. Die Temperatur des Kühlmittels ist am Kühlmitteleinlass 21 am geringsten und nimmt im gleichen Maße wie die Breite des Durchflussquerschnittes zunimmt, ebenfalls zu. Durch die größere axiale Breite kann der Temperaturgradient, der am Kühlmitteleinlass 21 am größten und am Kühlmittelauslass 22 am kleinsten ist, kompensiert werden. Exemplary embodiment of the drawings Fig. 1 shows a first embodiment of a cooling jacket 20, in which an electric motor or a part thereof can be arranged. For optimal cooling of the (not shown) electric motor through the cooling jacket 20, it is necessary for optimal heat conduction from the electric motor, radially from the helical axis S outwardly into the inner surface of the hollow cylindrical cooling jacket 20, a corresponding heat coupling is provided, for example Air gaps or similar poorly conductive zones avoids. The coolant inlet 21 has the smallest flow cross-section of the helical line 23, which ends with the coolant outlet 22 and is formed in this embodiment as a spiral-shaped line 23. The coolant outlet 22 has the largest flow cross-section. The cooling jacket 20 is provided for an electric motor which has a substantially homogeneous heat output in the axial direction along the turning axis S. The temperature of the coolant is lowest at the coolant inlet 21 and increases to the same extent as the width of the flow cross-section increases. Due to the greater axial width, the temperature gradient that is greatest at the coolant inlet 21 and smallest at the coolant outlet 22 can be compensated.
Die Kühlfunktion kann weiter optimiert werden, indem die axialen Abstände der Teilstücke der wendelartigen Leitung 23 voneinander entsprechend gewählt werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass im Bereich des Kühlmitteleinlasses 21 die Teilstücke weiter voneinander axial beabstandet sind, als in der Nähe des Kühlmittelauslasses 22. Damit vermindert sich die Kühlleistung in der Nähe des Kühlmitteleinlasses 21 im Vergleich zur Kühlleistung in der Nähe des Kühlmittelauslasses 22 und kann weiterhin die unterschiedlichen Temperaturgradienten kompensieren. Das Ergebnis ist eine über die gesamte Kühlstrecke gleichmäßige Kühlung des Elektromotors. The cooling function can be further optimized by the axial distances of the sections of the helical line 23 are selected from each other accordingly. For example, it is conceivable that in the area of the coolant inlet 21 the sections are spaced further apart from each other than in the vicinity of the coolant outlet 22. Thus, the cooling capacity in the vicinity of the coolant inlet 21 is reduced in comparison to the cooling capacity in the vicinity of the coolant outlet 22 and can continue to compensate for the different temperature gradients. The result is uniform cooling of the electric motor over the entire cooling section.
Vorteilhafterweise kann die benötigte hydraulische Leistung für den Kühlmittel- fluss gesenkt werden, da die auftretenden Druckverluste, insbesondere bei ei- ner kontinuierlichen Änderung des Durchflussquerschnittes, minimiert werden können. Advantageously, the required hydraulic power for the coolant flow can be reduced, since the pressure losses occurring, in particular in the case of an ner continuous change of the flow area, can be minimized.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kühlmantels 10. Der Kühl- mantel 10 weist insgesamt fünf Teilstücke auf, die mittels eines Referenzschnittes A durch die wendelartige Leitung 13 in einer radialen Ebene zur Wendelachse S festgelegt sind. Das erste Teilstück beginnt am nicht abgebildeten Kühlmitteleinlasses zum Durchflussquerschnitt A4. Das zweite Teilstück beginnt am Durchflussquerschnitt A4 und endet nach einem Umlauf im Umfangsrich- tung am Durchflussquerschnitt A3. Das dritte Teilstück beginnt am Durchflussquerschnitt A3 und endet ebenfalls nach einem Umlauf am Durchflussquerschnitt A2, usw. Das fünfte und letzte Teilstück beginnt am Durchflussquerschnitt A1 und endet am nicht abgebildeten Kühlmittelauslass. Der Transport des Kühlmittels in axialer Richtung kann durch eine entsprechende Steigung (ähnlich einem Schraubengewinde) in Bezug zum Radialumfang B, der in Bezug auf die Wendelachse einen konzentrischen Kreis bildet, reguliert werden. Die axiale Beabstandung der Teilstücke untereinander ist im zweiten Ausführungsbeispiel konstant. FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a cooling jacket 10. The cooling jacket 10 has a total of five sections, which are fixed by means of a reference cut A through the helical line 13 in a radial plane to the helix axis S. The first section begins at the not shown coolant inlet to the flow cross section A4. The second section begins at the flow cross section A4 and ends after one revolution in the circumferential direction at the flow cross section A3. The third section begins at the flow cross section A3 and also ends after one revolution at the flow cross section A2, etc. The fifth and last section begins at the flow cross section A1 and ends at the coolant outlet, not shown. The transport of the coolant in the axial direction can be regulated by a corresponding pitch (similar to a screw thread) with respect to the radial circumference B, which forms a concentric circle with respect to the helix axis. The axial spacing of the sections with each other is constant in the second embodiment.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Kühlmantel zur Kühlung eines Elektromotors mit einem Kühlmitteleinlass, einem Kühlmittelauslass und einer wendelartigen Leitung, wobei die wendelartige Leitung dazu vorgesehen ist, den zu kühlenden Elektromotor zumindest teilweise zu umfassen und ein Kühl- mittel vom Kühlmitteleinlass zum Kühlmittelauslass zu leiten. An derartigen Kühlenmänteln ist nachteilig, dass entlang der Leitung der Temperaturgradient zum zu kühlenden Elektromotor kontinuierlich abnimmt, womit sich die Kühlleistung für einlassnahe und für einlassferne Bestandteile des Elektromotors deutlich unterscheiden kann. Daher wird vorgeschlagen den Durchflussquerschnitt der wendelartigen Leitung zumindest auf einem Teilstück der wendelartigen Leitung im Fließrichtung des Kühlmittels zu verändern. Somit kann eine abnehmende Wärmeaufnahmefähigkeit des Kühlmittels durch eine größere Kühlmittelmenge kompensiert werden. Ferner können besonders abwärmereiche Stellen des zu kühlenden Elektromotors trotz eines geringen Temperaturgradienten intensiv gekühlt werden. In summary, the invention relates to a cooling jacket for cooling an electric motor with a coolant inlet, a coolant outlet and a helical line, wherein the helical line is provided to at least partially cover the electric motor to be cooled and to direct a coolant from the coolant inlet to the coolant outlet. A disadvantage of such cooling jackets is that the temperature gradient to the electric motor to be cooled decreases continuously along the line, with the result that the cooling power for inlet-near and for off-set components of the electric motor can clearly differ. Therefore, it is proposed to change the flow cross section of the helical line at least on a portion of the helical line in the flow direction of the coolant. Thus, a decreasing heat capacity of the coolant can be compensated by a larger amount of coolant. Furthermore, particularly waste heat-rich Parts of the electric motor to be cooled are cooled intensively despite a low temperature gradient.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
A Längsschnitt A1 Erster QuerschnittA Longitudinal section A1 First cross section
A2 Zweiter Querschnitt A3 Dritter QuerschnittA2 Second section A3 Third section
A4 Vierter Querschnitt B RadialumfangA4 Fourth section B Radial circumference
S Wendelachse S helix axis
10 Kühlmantel 13 wendelartige Leitung 10 cooling jacket 13 helical line
20 Kühlmantels 21 Kühlmitteleinlass20 Cooling jacket 21 Coolant inlet
22 Kühlmittelauslass 23 wendelartige Leitung 22 Coolant outlet 23 helical line

Claims

Patentansprüche claims
Kühlmantel (10, 20) zur Kühlung eines Elektromotors mit einem Kühlmitteleinlass (21 ), einem Kühlmittelauslass (22) und einer wendelartigen Leitung (13, 23), wobei die wendelartige Leitung (13, 23) dazu vorgesehen ist, den zu kühlenden Elektromotor zumindest teilweise zu umfassen und ein Kühlmittel vom Kühlmitteleinlass (21 ) zum Kühlmittelauslass (22) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflussquerschnitt (A, A1 , A2, A3, A4) der wendelartigen Leitung (13, 23) zumindest auf einem Teilstück der wendelartigen Leitung (13, 23) in Fließrichtung des Kühlmittels veränderlich ist. Cooling jacket (10, 20) for cooling an electric motor having a coolant inlet (21), a coolant outlet (22) and a helical line (13, 23), wherein the helical line (13, 23) is provided to at least the electric motor to be cooled partially and to guide a coolant from the coolant inlet (21) to the coolant outlet (22), characterized in that a flow cross-section (A, A1, A2, A3, A4) of the helical line (13, 23) at least on a portion of the helical Line (13, 23) is variable in the flow direction of the coolant.
Kühlmantel (10, 20) nach Anspruch 1 , wobei die wendelartige Leitung (13, 23) im Wesentlichen eine Kühlspirale bildet, die konzentrisch zu einer Wendelachse (S) anordenbar ist. Cooling jacket (10, 20) according to claim 1, wherein the helical line (13, 23) substantially forms a cooling spiral, which is arranged concentrically to a helix axis (S) can be arranged.
Kühlmantel (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlmantel (10, 20) mittels eines hohlzylindrischen oder becherartigen Deckels abdeckbar ist, wobei der Deckel zumindest teilweise die wendelartige Leitung (10, 20), insbesondere in radialer Richtung bezogen auf die Wendelachse (S), begrenzt. Cooling jacket (10, 20) according to one of the preceding claims, wherein the cooling jacket (10, 20) by means of a hollow cylindrical or cup-like cover can be covered, wherein the cover at least partially the helical line (10, 20), in particular in the radial direction relative to the Helix axis (S), limited.
Kühlmantel (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens der Kühlmitteleinlass (21 ) oder der Kühlmittelauslass (22) an einer axialen Seite des Kühlmantels (10, 20) angeordnet ist. Cooling jacket (10, 20) according to one of the preceding claims, wherein at least the coolant inlet (21) or the coolant outlet (22) on one axial side of the cooling jacket (10, 20) is arranged.
Kühlmantel (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Teilstück sich vom Kühlmitteleinlass (21 ) bis zum Kühlmittelauslass (22) erstreckt. Cooling jacket (10, 20) according to one of the preceding claims, wherein the section extends from the coolant inlet (21) to the coolant outlet (22).
6. Kühlmantel (10,20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Durchflussquerschnitt (A, A1 , A2, A3, A4) des Teilstücks im Fließrichtung kontinuierlich ändert. 6. cooling jacket (10,20) according to any one of the preceding claims, wherein the flow cross-section (A, A1, A2, A3, A4) of the section changes continuously in the flow direction.
7. Kühlmantel (10, 20) nach Anspruch 6, wobei sich der Durchflussquerschnitt (A, A1 , A2, A3, A4) des Teilstücks im Fließrichtung sprunghaft ändert. 7. cooling jacket (10, 20) according to claim 6, wherein the flow cross-section (A, A1, A2, A3, A4) of the section changes in the flow direction abruptly.
8. Kühlmantel (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei der Durchflussquerschnitt (A, A1 , A2, A3, A4) des Teilstücks im8. cooling jacket (10, 20) according to any one of the preceding claims, wherein the flow cross-section (A, A1, A2, A3, A4) of the section in
Fließrichtung größer oder kleiner wird. Flow direction is larger or smaller.
9. Kühlmantel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wendelartige Leitung (13, 23) zwei oder mehrere Teilstücke mit dem Fließrichtung veränderlichem Durchflussquerschnitt (A, A1 , A2, A3,9. Cooling jacket according to one of the preceding claims, wherein the helical line (13, 23) two or more sections with the flow direction variable flow area (A, A1, A2, A3,
A4) aufweist. A4).
10. Elektromotor, insbesondere Radnabenmotor oder Zentralantrieb, mit einem Kühlmantel (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 10. Electric motor, in particular wheel hub motor or central drive, with a cooling jacket (10, 20) according to one of the preceding claims.
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