WO2012159790A1 - Kühlanordnung für eine elektrische maschine - Google Patents

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    • 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 present invention relates to a cooling arrangement for an electrical machine according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • a cooling arrangement for a motor is known. Cooling of the electrical machine is required in order to be able to dissipate the heat losses of the electrical machine resulting in operation.
  • the motor has a cylindrical motor housing section, which is surrounded by a cladding tube and forms with this a laterally closed by annular circumferential sealant cooling jacket space, which is traversed by a coolant from a coolant flow to a coolant outflow.
  • the coolant enters the cooling jacket space at one end relative to the longitudinal axis of the engine and out of the cooling jacket space at the opposite end.
  • the present invention is based on the object to propose a cooling arrangement of the type described above, which is further improved in particular with respect to the structural design and the cooling properties.
  • a cooling arrangement for example for an electric machine or the like, wherein the cooling arrangement at least one Heatsink or the like having at least one cooling channel or the like.
  • the cooling channel has at least one coolant inlet and at least one coolant outlet.
  • the cooling channel comprises at least one section or region designed as a lead or feed and at least one section or region designed as a return, so that advantageously the cooling medium inlet and the cooling medium outlet are directly adjacent, since a flow direction change between the two sections occurs. swept the cooling medium in the cooling channel.
  • the axial length of the heat sink based on the running length of the cooling channel is used almost double, since in one direction, the supply and in the other direction, the return of the cooling medium. In this way, not only the run length, but also the time for heat transfer is significantly increased.
  • Another advantage of the flow direction reversal arises from the fact that due to the directly adjacent transfer points of the cooling medium special liberties with respect to the structural design of the cooling arrangement according to the invention can be realized, whereby a possible adaptation to certain installation situations is considerably simplified.
  • a cylindrical shape or the like is provided as a heat sink, although other shapes are possible.
  • a shape of the heat sink is particularly advantageous as a hollow cylinder, in which, for example, the cooling channel is guided in the form of a helix or a helical spring on the outer circumference of the heat sink.
  • the cooling channel is guided in the form of a helix or a helical spring on the outer circumference of the heat sink.
  • the cooling arrangement according to the invention has the advantage that an electrical machine or the like to be cooled can be mounted in its cavity in the simplest manner. can be taken, wherein the outer circumference of the hollow cylinder is surrounded by a correspondingly increased or adapted housing, so that the provided on the outer circumference of the hollow cylinder cooling channel is limited to the outside through the housing and thus sealed.
  • the most direct contact between the electrical machine to be cooled and the heat sink can be realized.
  • the two sections or regions are formed by approximately two mutually parallel spirals or the like.
  • Coil-shaped courses of the adjacent sections are also conceivable.
  • the profiles of the sections can have a constant but also a variable gradient.
  • the courses of the two sections are identical or correspond, so that the supplied cooling medium is supplied through the first section, for example, over the entire axial length of the heat sink and returned through the adjoining section, for example, over the entire length of the heat sink, to realize a common transfer location for the cooling medium on the heat sink.
  • a countercurrent spiral or spiral cooling jacket for example for electrical machines, is quasi provided as the cooling body.
  • rib elements or the like elements can be provided in the course of the cooling channel, so that in addition to the already optimized run length of the cooling channel also the effective cooling surface is optimized in the cooling arrangement according to the invention.
  • the present invention claims not only separately the proposed cooling arrangement with the inventively designed cooling body, but also in addition the cooling arrangement with respect to an electric machine to be cooled and a housing surrounding the cooling arrangement or the like.
  • the present invention will be further explained with reference to the drawings, in which two possible embodiments are given by way of example. Show it:
  • Figure 1 is a schematic side view of a first possible embodiment of a cooling arrangement according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic side view of a second possible embodiment of the cooling arrangement.
  • FIG. 1 and Figure 2 show examples of possible embodiments of a cooling arrangement according to the invention for an electrical machine. Regardless of the respective embodiments, the cooling arrangement comprises a heat sink 1.
  • the heat sink 1 is exemplified as a hollow cylinder having a cooling channel 2 at its outer periphery or on its outer jacket.
  • the cylindrically shaped heat sink 1 can accommodate the electrical machine to be cooled in its cavity or interior provided in the interior, which however is not further illustrated in the figures. In this way, there is a direct contact between the electric machine and the heat sink 1 in order to dissipate the heat generated in the electrical machine, for example in the winding or the stator, via the cooling arrangement according to the invention.
  • the heat sink 1 is surrounded by a merely indicated housing 3, so that the cooling channel 2 running on the circumference of the heat sink 1 is sealed to the outside.
  • the housing 3 is each indicated for simplicity only on a cross-sectional side.
  • the cooling channel 2 has a first section 4 as a supply line and a second section 5 as a return line, so that the cooling medium inlet not shown and also not showndemediumaustritt are immediately adjacent, as these, for example, at one end based on the longitudinal axis 6 of the heat sink 1 and the electrical machine are arranged.
  • the extending on the outer periphery of the heat sink 1 cooling channel 2 with its two sections 4, 5 is helical designed.
  • the two sections 4, 5 of the cooling channel 2 extend over the entire axial length of the heat sink 1, wherein the end 7 of the first section 4 is connected to the beginning 8 of the second section 5 and thus allows the flow reversal of the cooling medium.
  • the two sections 4 and 5 are formed as two helices running approximately parallel to one another.
  • the flow of the cooling medium contained in the first section 4 is directed against the flow of the cooling medium contained in the second section 5.
  • the flow direction reversal at the end 7 of the first section 4 or at the beginning 8 of the second section 5 is indicated by an arrow 9, wherein the flow direction of the cooling medium in the first section 4 by an arrow 10 and the flow direction of the cooling medium in the second section 5 are indicated by an arrow 1 1.
  • FIG 2 the second possible embodiment of the cooling arrangement according to the invention is shown, in which, in contrast to the first embodiment of Figure 1, a cooling rib 12 is provided over the entire length of the cooling channel 2 to increase the effective cooling surface.
  • the cooling fin 12 is provided approximately centrally with respect to the flow cross section of the cooling channel 2. In this way, the cooling channel 2 is divided in the flow direction into two flow areas, which are partially separated from each other by the cooling rib 12, so that the cooling effect is increased in the heat sink 1.
  • the downstream cooling fin 12 may have any shape.
  • the cooling fin may be provided in both sections 4, 5 of the cooling channel 2.

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Abstract

Es wird eine Kühlanordnung für eine elektrische Maschine mit zumindest einem Kühlkörper (1) vorgeschlagen, der zumindest einen Kühlkanal (2) aufweist, wobei der Kühlkanal (2) einen Kühlmediumeintritt und einen Kühlmediumaustritt aufweist, und wobei der Kühlkanal (2) zumindest einen ersten Abschnitt (4) als Zuleitung und zumindest einen zweiten Abschnitt (5) als Rückleitung umfasst, sodass zumindest eine Strömungsrichtungsumkehr des Kühlmediums in dem Kühlkanal (2) vorgesehen ist.

Description

Kühlanordnunq für eine elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für eine elektrische Maschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 199 50 660 A1 ist eine Kühlanordnung für einen Motor bekannt. Eine Kühlung der elektrischen Maschine ist erforderlich, um die Wärmeverluste der elektrischen Maschine, die sich im Betrieb ergeben, abführen zu können. Der Motor weist einen zylindrischen Motorgehäuseabschnitt auf, welcher von einem Hüllrohr umgeben ist und mit diesem einen seitlich durch ringförmig umlaufende Dichtmittel abgeschlossenen Kühlmantelraum bildet, der von einem Kühlmittel von einem Kühlmittelzufluss zu einem Kühlmittelabfluss durchströmbar ist. Somit tritt das Kühlmittel bezogen auf die Moterlängsachse an einem Ende in den Kühlmantelraum ein und an dem gegenüberliegenden Ende aus dem Kühlmantelraum wieder aus.
Es hat sich gezeigt, dass räumlich voneinander getrennte Eintrittsbereiche und Austrittsbereiche für das Kühlmedium eine konstruktiv aufwändigere Ausführung der Kühlanordnung erfordern. Insbesondere wenn mit der Kühlanordnung weitere Bauteile bzw. Komponenten gekühlt werden sollen. Zudem ergibt sich eine deutliche Einschränkung bezüglich der konstruktiven Freiheiten der Kühlanordnung, um insbesondere eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall zu ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kühlanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche insbesondere bezüglich der konstruktiven Ausgestaltung und der Kühleigenschaften weiter verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Demzufolge wird eine Kühlanordnung beispielsweise für eine elektrische Maschine oder dergleichen vorgeschlagen, wobei die Kühlanordnung zumindest einen Kühlkörper oder Ähnliches aufweist, der zumindest einen Kühlkanal oder dergleichen umfasst. Der Kühlkanal weist zumindest einen Kühlmitteleintritt und zumindest einen Kühlmittelaustritt auf. Erfindungsgemäß umfasst der Kühlkanal zumindest einen als Hinführung bzw. Zuführung ausgebildeten Abschnitt oder Bereich und zumindest einen als Rückführung ausgebildeten Abschnitt oder Bereich, so dass in vorteilhafter Weise der Kühlmediumeintritt und der Kühlmediumaustritt direkt bzw. unmittelbar benachbart sind, da zwischen den beiden Abschnitten eine Strömungsrichtungsum- kehr des Kühlmedium in dem Kühlkanal erfolgt.
Aufgrund der Umkehr der Strömungsrichtung in dem Kühlkanal der erfindungsgemäßen Kühlanordnung ergeben sich sowohl konstruktive als auch funktionale Vorteile. Beispielsweise wird die axiale Länge des Kühlkörpers bezogen auf die Lauflänge des Kühlkanals quasi doppelt genutzt, da in die eine Richtung die Zuführung und in die andere Richtung die Rückführung des Kühlmedium erfolgt. Auf diese Weise wird nicht nur die Lauflänge, sondern auch die Zeit zur Wärmeübertragung deutlich vergrößert. Ein weiterer Vorteil der Strömungsrichtungsumkehr ergibt sich daraus, dass aufgrund der direkt benachbarten Übergabeorte des Kühlmediums besondere Freiheiten bezüglich der konstruktiven Gestaltung der erfindungsgemäßen Kühlanordnung realisiert werden, wodurch eine mögliche Anpassung an bestimmte Einbausituationen erheblich vereinfacht wird.
Vorzugsweise wird als Kühlkörper eine zylindrische Form oder Ähnliches vorgesehen, wobei auch andere Formen möglich sind. Besonders vorteilhaft ist beispielsweise eine Form des Kühlkörpers als Hohlzylinder, bei der zum Beispiel am äußeren Umfang des Kühlkörpers der Kühlkanal in Form einer Wendel oder einer Schraubenfeder geführt ist. Bei den vorgenannten Formen des Kühlkanals ergibt sich eine besonders gleichmäßige Kühlwirkung über die Oberfläche des Kühlkörpers, um die erzeugte Wärme einer direkt mit dem Kühlkörper in Kontakt stehenden elektrischen Maschine optimal abzuführen.
Des Weiteren ergibt sich bei einem als Hohlzylinder ausgeführten Kühlkörper der erfindungsgemäßen Kühlanordnung der Vorteil, dass eine zu kühlende elektrische Maschine oder dergleichen in dessen Hohlraum auf einfachste Weise aufge- nommen werden kann, wobei der äußere Umfang des Hohlzylinders von einem entsprechend gesteigerten bzw. angepassten Gehäuse umgeben ist, so dass der an dem äußeren Umfang des Hohlzylinders vorgesehene Kühlkanal nach außen hin durch das Gehäuse begrenzt und damit abgedichtet ist. Es sind aber auch andere konstruktive Ausgestaltungen denkbar, bei denen ein möglichst direkter Kontakt zwischen der zu kühlenden elektrischen Maschine und dem Kühlkörper realisiert werden.
Um den Zuführbereich und den Rückführbereich in dem Kühlkanal der Kühlanordnung zu realisieren, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die beiden Abschnitte oder Bereiche durch etwa zwei parallel zueinander verlaufende Wendeln oder dergleichen gebildet werden. Es sind auch spulenförmige Verläufe der benachbarten Abschnitte denkbar. Die Verläufe der Abschnitte können eine Konstante aber auch eine variable Steigung aufweisen. Vorzugsweise sind die Verläufe der beiden Abschnitte identisch ausgeführt bzw. korrespondieren, so dass das zugeführte Kühlmedium durch den ersten Abschnitt zum Beispiel über die gesamte axiale Länge des Kühlkörpers zugeführt und durch den daran anschließenden Abschnitt wieder zum Beispiel über die gesamte Länge des Kühlkörpers zurückgeführt wird, um einen gemeinsamen Übergabeort für das Kühlmedium an dem Kühlkörper zu realisieren. Somit wird als Kühlkörper quasi ein Gegen- stromspiral- bzw. -wendelkühlmantel zum Beispiel für elektrische Maschinen vorgesehen.
Zum Vergrößern der wirksamen Oberfläche des Kühlkanals können Rippenelemente oder dergleichen Elemente im Verlauf des Kühlkanals vorgesehen werden, so dass neben der bereits optimierten Lauflänge des Kühlkanals zusätzlich auch die wirksame Kühlfläche bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung optimiert wird.
Die vorliegende Erfindung beansprucht nicht nur die vorgeschlagene Kühlanordnung mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten Kühlkörper separat, sondern auch zusätzlich die Kühlanordnung im Bezug auf eine zu kühlende elektrische Maschine und ein die Kühlanordnung umgebenes Gehäuse oder dergleichen. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert, in denen zwei mögliche Ausführungsvarianten beispielhaft angegeben sind. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung; und
Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten möglichen Ausführungsvariante der Kühlanordnung.
Figur 1 und Figur 2 zeigen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung für eine elektrische Maschine. Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten umfasst die Kühlanordnung einen Kühlkörper 1 . Der Kühlkörper 1 ist beispielhaft als Hohlzylinder ausgebildet, der an seinem äußeren Umfang bzw. an seinem äußeren Mantel einen Kühlkanal 2 aufweist.
Der zylindrisch ausgebildete Kühlkörper 1 kann in seinem im Inneren vorgesehenen Hohlraum bzw. Innenraum die zu kühlende elektrische Maschine aufnehmen, die jedoch nicht weiter in den Figuren dargestellt ist. Auf diese Weise ergibt sich ein direkter Kontakt zwischen der elektrischen Maschine und dem Kühlkörper 1 , um die in der elektrischen Maschine beispielsweise in der Wicklung oder dem Stator erzeugte Wärme über die erfindungsgemäße Kühlanordnung abzuführen. Der Kühlkörper 1 ist mit einem lediglich angedeuteten Gehäuse 3 umgeben, so dass der an dem Umfang des Kühlkörpers 1 verlaufene Kühlkanal 2 nach außen hin abgedichtet ist. In den Figuren ist das Gehäuse 3 jeweils der Einfachheit halber nur an einer Querschnittsseite angedeutet.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Kühlkanal 2 einen ersten Abschnitt 4 als Zuleitung und einen zweiten Abschnitt 5 als Rückleitung aufweist, so dass der nicht weiter dargestellte Kühlmediumeintritt und der ebenfalls nicht weiter dargestellte Kühlmediumaustritt unmittelbar benachbart sind, da diese beispielsweise an einem Ende bezogen auf die Längsachse 6 des Kühlkörpers 1 bzw. der elektrischen Maschine angeordnet sind. Der an dem äußeren Umfang des Kühlkörpers 1 verlaufende Kühlkanal 2 mit seinen beiden Abschnitten 4, 5 ist wendeiförmig ausgeführt. Die beiden Abschnitte 4, 5 des Kühlkanals 2 erstrecken sich über die gesamte axiale Länge des Kühlkörpers 1 , wobei das Ende 7 des ersten Abschnittes 4 mit dem Anfang 8 des zweiten Abschnittes 5 verbunden ist und somit die Strömungsumkehr des Kühlmediums ermöglicht. Dadurch sind die beiden Abschnitte 4 und 5 als zwei etwa parallel zueinander verlaufende Wendeln ausgebildet. Somit ist die Strömung des in dem ersten Abschnitt 4 enthaltenen Kühlmediums der Strömung des in dem zweiten Abschnitt 5 enthaltenen Kühlmediums entgegen gerichtet. Die Strömungsrichtungsumkehr an dem Ende 7 des ersten Abschnittes 4 bzw. an dem Anfang 8 des zweiten Abschnittes 5 ist durch einen Pfeil 9 angedeutet, wobei die Strömungsrichtung des Kühlmediums in dem ersten Abschnitt 4 durch einen Pfeil 10 und die Strömungsrichtung des Kühlmediums in dem zweiten Abschnitt 5 durch einen Pfeil 1 1 gekennzeichnet sind.
In Figur 2 ist die zweite mögliche Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kühlanordnung dargestellt, bei der im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante gemäß Figur 1 eine Kühlrippe 12 über die gesamte Lauflänge des Kühlkanals 2 zur Vergrößerung der wirksamen Kühlfläche vorgesehen ist. Die Kühlrippe 12 ist bezogen auf den Strömungsquerschnitt des Kühlkanals 2 etwa mittig vorgesehen. Auf diese Weise wird der Kühlkanal 2 in Strömungsrichtung in zwei Strömungsbereiche aufgeteilt, die durch die Kühlrippe 12 bereichsweise voneinander getrennt sind, so dass die Kühlwirkung in dem Kühlkörper 1 erhöht wird. Die in Strömungsrichtung verlaufende Kühlrippe 12 kann beliebige Formen aufweisen. Vorzugsweise kann die Kühlrippe in beiden Abschnitten 4, 5 des Kühlkanals 2 vorgesehen sein.
Bezuqszeichen Kühlkörper
Kühlkanal
Gehäuse
erster Abschnitt des Kühlkanals
zweiter Abschnitt des Kühlkanals
Längsachse des Kühlkörpers
Ende des ersten Abschnittes
Anfang des zweiten Abschnittes
Pfeil - Strömungsrichtungsumkehr des Kühlmediums
Pfeil - Strömungsrichtung des Kühlmediums im ersten Abschnitt Pfeil - Strömungsrichtung des Kühlmediums im zweiten Abschnitt Kühlrippe

Claims

Patentansprüche
1 . Kühlanordnung für eine elektrische Maschine mit zumindest einem Kühlkörper (1 ), der zumindest einen Kühlkanal (2) aufweist, wobei der Kühlkanal (2) wenigstens einen Kühlmediumeintritt und einen Kühlmediumaustritt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) zumindest einen ersten Abschnitt (4) als Zuleitung und zumindest einen zweiten Abschnitt (5) als Rückleitung umfasst, sodass zumindest eine Strömungsrichtungsumkehr des Kühlmediums in dem Kühlkanal (2) vorgesehen ist.
2. Kühlanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte des Kühlkanals (2) zumindest teilweise etwa wendeiförmig am äußeren Umfang des etwa zylinderförmigen Kühlkörpers (1 ) verlaufen.
3. Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Abschnitte (4, 5) des Kühlkanals (2) jeweils im Wesentlichen über die axiale Länge des Kühlkörpers (1 ) erstrecken, wobei das Ende (7) des ersten Abschnittes (4) mit dem Anfang (8) des zweiten Abschnittes zur Strömungsrichtungsumkehr des Kühlmediums verbunden ist.
4. Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmediumeintritt und der Kühlmediumaustritt unmittelbar benachbart an einem Ende des zylindrischen Kühlkörpers (1 ) angeordnet sind.
5. Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte (4, 5) des Kühlkanals (2) als zwei etwa parallel zueinander verlaufende Wendeln ausgebildet sind.
6. Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des in dem ersten Abschnitt (4) enthaltenen Kühlmediums der Strömung des in dem zweiten Abschnitt (5) enthaltenen Kühlmediums entgegengerichtet ist.
7. Kühlanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Kühlkanal (2) zumindest eine Kühlrippe (12) aufweist.
8. Kühlanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (2) im Strömungsquerschnitt etwa mittig eine in Strömungsrichtung verlaufende Kühlrippe (12) zumindest bereichsweise bezogen auf die Lauflänge des Kühlkanals (2) aufweist.
9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1 ) als Hohlzylinder ausgebildet ist, der von einem Gehäuse (3) umgeben ist, und dass der Hohlraum des Kühlkörpers (1 ) die zu kühlende elektrische Maschine aufnimmt.
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