WO2017162362A1 - Antriebsanordnung mit einer elektrischen maschine und einer sprühkühlanordnung zur kühlung der elektrischen maschine - Google Patents

Antriebsanordnung mit einer elektrischen maschine und einer sprühkühlanordnung zur kühlung der elektrischen maschine Download PDF

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WO2017162362A1
WO2017162362A1 PCT/EP2017/052842 EP2017052842W WO2017162362A1 WO 2017162362 A1 WO2017162362 A1 WO 2017162362A1 EP 2017052842 W EP2017052842 W EP 2017052842W WO 2017162362 A1 WO2017162362 A1 WO 2017162362A1
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electric machine
refrigerant
rotor
housing
stator
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PCT/EP2017/052842
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander LICHTENBERGER
Jörg REITER-JÄGER
Johannes Winklinger
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Magna Powertrain GmbH and Co KG
Original Assignee
Magna Powertrain GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/20—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing

Definitions

  • the present invention relates to a drive assembly for a motor vehicle comprising an electric machine with a stator and a rotor, wherein the stator and the rotor are arranged in an interior of a housing, and a Sprühkühlan whatsoever, wherein by means of the Sprühkühlan whatsoever in a cooling operation of the stator and / or the rotor of the electric machine are at least partially coolable by spraying with a liquid refrigerant, wherein during the cooling operation, the liquid refrigerant at the stator and / or the rotor of the electric machine at least partially evaporated and wherein the gaseous refrigerant and / or the liquid refrigerant over at least a first line from the interior of the housing can be discharged.
  • Drive arrangements of the type mentioned find application in a wide variety of vehicle configurations, with the electric machine of such a drive arrangement being or can only be operated at certain operating temperature limits, depending on the configuration.
  • Electric machines include a fixed stator and a movable rotor, wherein the rotor is mounted in the most common type of electrical machine rotatably within a ring-shaped stator.
  • the stator has a stator core and at least one arranged on the stator core Stator winding on.
  • the rotor may comprise a rotor core and at least one rotor winding arranged on the rotor core.
  • Electric machines generate heat due to the dielectric loss during their operation.
  • the region of the stator winding and / or the rotor winding in particular in the region of the respective winding heads, there is a strong evolution of heat.
  • the result of this strong heating is an increase in the dielectric loss factor - even more electrical energy is converted into heat, which on the one hand causes a deterioration of the efficiency of the electric machine and on the other hand adversely affects a reliable operation of the electrical machine over its lifetime. Therefore, a cooling device is generally provided in drive assemblies with electric machines, which cools the parts to be cooled of the electric machine.
  • Coolant circulates, for example, in a housing of the electric machine or in a rotor shaft designed as a hollow shaft, on which the rotor of the electric machine is arranged. Due to its heat capacity, the liquid coolant absorbs the heat and transports it away.
  • These solutions usually take place at a great distance from the heat source and require heat conduction through the rotor core and / or the stator core in order to dissipate the waste heat into the cooling circuit. By means of this diffuse heat conduction often adjacent parts such as bearings, seals, etc. are heated and thus thermally stressed.
  • cooling devices are also known which effect cooling of surfaces to be cooled of an electrical machine due to the evaporation of a coolant.
  • the coolant is vaporized at the surface to be cooled and then recondensed again.
  • US Pat. No. 7,397,154 B2 discloses a spray-cooled engine system having a motor housing with an interior space and an exterior space, wherein the stator and the rotor are arranged in the interior of the housing.
  • the engine system has a multiplicity of atomizers, which are designed in such a way that at least the stator and the rotor are sprayed by the atomizer.
  • the disclosed engine system includes a coolant pump which communicates with the atomizers and supplies the atomizers with coolant.
  • the coolant is, for example, a dielectric fluid that evaporates on the surfaces to be cooled of the stator and the rotor.
  • the recondensation of the coolant takes place on the housing inner wall of the housing. In this case, however, the heat dissipation by the coolant is severely limited.
  • a drive arrangement for a motor vehicle comprising an electric machine with a stator and a rotor, wherein the stator and the rotor are arranged in an interior of a housing, and a Sprühkühlan whatsoever, wherein by means of the Sprühkühlan whatsoever in a cooling operation of the stator and / or the rotor of the electric machine by spraying with a liquid refrigerant are at least partially coolable, wherein during the cooling operation, the liquid refrigerant at the stator and / or the rotor of the electric machine at least partially evaporated and wherein the gaseous refrigerant and / or the liquid refrigerant be discharged via at least a first line from the interior of the housing, wherein in the first Line a first control valve is arranged, wherein via the first control valve, the vapor pressure in the interior of the housing is adjustable.
  • the electric machine comprises a stator, a rotor and a housing, wherein the stator and the rotor are arranged in an inner space of the housing.
  • the electric machine more precisely the stator and / or the rotor of the electric machine, can be cooled at least partially in a cooling operation of the drive arrangement by means of the spray cooling arrangement.
  • the cooling of the stator and / or rotor takes place by means of at least partial spraying of the surfaces to be cooled of the stator and / or rotor with a liquid refrigerant.
  • the liquid refrigerant evaporates at least partially on the surfaces to be cooled of the stator and / or rotor - it forms a first phase, namely gaseous refrigerant, and / or a second phase, namely liquid refrigerant.
  • the gaseous refrigerant and / or the liquid refrigerant can be discharged from the interior of the housing via at least one first line.
  • a first control valve is arranged, wherein the vapor pressure in the interior of the housing can be regulated via the first control valve.
  • the evaporation of the refrigerant ensures a homogeneous temperature of the surfaces to be cooled.
  • the refrigerant heats up on the surfaces of the electric machine to be cooled until the start of vaporization-dependent evaporation on the surface to be cooled, leading on the one hand to the boiling temperature by means of warming up and another. on the other hand by the latent heat of evaporation heat from the surface to be cooled of the electric machine.
  • the vapor pressure can be adjusted by the first control valve.
  • the surface temperature of the component of the electric machine to be cooled can thus be adjusted via the vapor pressure in the interior of the housing of the electric machine and a performance-optimized operation of the drive arrangement is ensured.
  • the spray cooling arrangement preferably comprises a refrigerant tank for holding the liquid refrigerant, a refrigerant pump, at least one spray unit and a condenser. Via the refrigerant pump, the liquid refrigerant from the refrigerant tank to the spray unit is conveyed.
  • the refrigerant pump is preferably designed as a controllable pump. In this way, it is possible to control the amount of liquid refrigerant to be delivered and thus to positively influence the efficiency of the spray cooling arrangement.
  • the condenser is preferably connectable on the input side via the first line and the first control valve to the interior of the housing of the electric machine such that during the cooling operation gaseous refrigerant and / or liquid refrigerant can flow from the interior of the housing into the condenser.
  • the capacitor is connected on the output side to the refrigerant tank.
  • the refrigerant tank is connectable via a second line and a second valve to the interior of the housing of the electric machine, so that during the cooling operation liquid refrigerant can flow from the interior of the housing directly into the refrigerant tank.
  • the second conduit opens with respect to the installation position of the drive assembly, starting from a deepest portion of the housing in the refrigerant tank.
  • the second line By forming the second line with the second control valve, in particular by the fact that the second line opens with respect to the installation position of the drive assembly of the deepest portion in the refrigerant tank, a particularly reliable outflow of the liquid refrigerant from the interior of the housing is ensured and a Splashing of the stator and / or rotor in the liquid refrigerant and thus a loss of power of the electric machine by splashing losses prevented.
  • the refrigerant is preferably an electrically non-conductive liquid having a boiling point at ambient pressure between 60 ° C and 100 ° C, in particular between 60 ° C and 80 ° C.
  • the drive assembly can be operated optimized performance.
  • the use of the capacitor requires a particularly efficient recondensation of the gaseous refrigerant and an optimized heat dissipation from the interior of the housing.
  • Fig. Shows a schematic representation of an exemplary
  • the exemplary drive arrangement 1 illustrated in FIG. 1 includes an electric machine 2 and a spray cooling arrangement 7.
  • the electric machine 2 has a housing 6, a stator 3 and a rotor 4.
  • the stator 3 and the rotor 4 are arranged in an inner space 5 of the housing 6, wherein the stator 3 is annular and the outer circumference of the rotor 4 surrounds.
  • a reverse arrangement namely an arrangement in which the rotor 4 is annular and surrounding the stator 3 on the outside, is also conceivable.
  • the rotor 4 is fixedly arranged on a rotor shaft 19.
  • the rotor shaft 19 is guided through an opening of the housing 6 from the interior 5 of the housing 6.
  • the stator 3 has a stator core 20 and a stator winding 21.
  • the rotor 4 has a rotor core 22 and a rotor winding 23.
  • the Sprühkühlan extract 7 comprises a refrigerant tank 13 with liquid refrigerant, a refrigerant pump 10, a filter element 17, two spray units 1 1 and a condenser 12.
  • the filter element 17 is disposed between the refrigerant pump 10 and the two spray units 1 1 and prevents the finest impurities in the Refrigerants get to the spray nozzles and clog them.
  • An arrangement of the filter element 17 between the refrigerant tank 13 and the refrigerant pump 10 is also conceivable.
  • the head of the stator winding 21 and the head of the rotor winding 23 are cooled.
  • the cooling is carried out by liquid refrigerant from the refrigerant tank 13 via the refrigerant pump 10 to the two spray units 1 1 is promoted.
  • the spray units 1 like the stator 3 and the rotor 4, are arranged in the interior 5 of the housing 6 of the electric machine 2.
  • the liquid refrigerant is atomized.
  • the spray units 1 1 are designed such that the surfaces to be cooled of the stator 3 and the rotor 4 are sprayed flat with liquid, atomized refrigerant - such a thin refrigerant film is continuously applied to the head of the stator winding 21 and the head of the rotor winding 23.
  • the liquid refrigerant at least partially vaporizes on the surface to be cooled of the stator 3 and on the surface of the rotor 4 to be cooled, and gaseous refrigerant is formed and, depending on the degree of evaporation, liquid refrigerant is also formed.
  • the gaseous refrigerant rises within the interior 5 of the housing 6 of the electric machine 2 substantially in the direction of a highest portion 18 of the housing 6.
  • the non-evaporated, liquid refrigerant drips from the surfaces to be cooled of the stator 3 and the rotor 4 in a deepest portion 16 of the housing 6 of the electric machine. 2
  • the interior 5 of the housing 6 of the electric machine 2 is in the present embodiment via a first line 8 and a first control valve 9 on the input side connected to the capacitor 9.
  • the first line 8 opens in the present example with respect to the installation position of the drive assembly 1, starting from the highest portion 18 of the housing 6 in the condenser 12.
  • About the first line 13 can during the cooling operation gaseous refrigerant from the interior 5 of the housing 6 in to flow the capacitor 12.
  • the interior 5 of the housing 6 of the electric machine 2 via a second line 14 and a second control valve 15 to the refrigerant tank 13 is connectable.
  • the second line 14 opens in relation to the installation position of the drive assembly 1, starting from the deepest portion 16 of the housing 6 in the refrigerant tank 13. Via the second line 14, during the cooling operation, liquid refrigerant can flow from the interior 5 of the housing 6 into the refrigerant tank 13 ,
  • the condenser 9 is connected on the output side to the refrigerant tank 8.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Antriebsanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine (2) mit einem Stator (3) und einem Rotor (4), wobei der Stator (3) und der Rotor (4) in einem Innenraum (5) eines Gehäuses (6) angeordnet sind, und eine Sprühkühlanordnung (7), wobei vermittels der Sprühkühlanordnung (7) in einem Kühlbetrieb der Stator (3) und/oder der Rotor (4) der elektrischen Maschine (2) durch Besprühen mit einem flüssigen Kältemittelzumindest teilweise kühlbar sind, wobei während des Kühlbetriebs das flüssige Kältemittel an dem Stator (3) und/oder dem Rotor (4) der elektrischen Maschine (2) zumindest teilweise verdampft und wobei das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung (8) aus dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) abführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Leitung (8) ein erstes Regelventil (9) angeordnet ist, wobei über das erste Regelventil (9) der Dampfdruck in dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) regelbar ist.

Description

Antriebsanordnung mit einer elektrischen Maschine und einer Sprühkühlanordnung zur Kühlung der elektrischen Maschine
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator und der Rotor in einem Innenraum eines Gehäuses angeordnet sind, und eine Sprühkühlanordnung, wobei vermittels der Sprühkühlanordnung in einem Kühlbetrieb der Stator und/oder der Rotor der elektrischen Maschine durch Besprühen mit einem flüssigen Kältemittel zumindest teilweise kühlbar sind, wobei während des Kühlbetriebs das flüssige Kältemittel an dem Stator und/oder dem Rotor der elektrischen Maschine zumindest teilweise verdampft und wobei das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung aus dem Innenraum des Gehäuses abführbar sind.
Stand der Technik
Antriebsanordnungen der genannten Art finden in unterschiedlichsten Konfigurationen in Kraftfahrzeugen Anwendung, wobei die elektrische Maschine einer derartigen Antriebsanordnung abhängig von der Konfiguration nur in bestimmten Be- triebstemperaturgrenzen betrieben werden kann bzw. soll.
Elektrische Maschinen umfassen einen feststehenden Stator und einen beweglichen Rotor, wobei der Rotor in der gängigsten Bauform einer elektrischen Maschine drehbar innerhalb eines ringförmig ausgebildeten Stators gelagert ist. Der Stator weist einen Statorkern und zumindest eine an dem Statorkern angeordnete Statorwicklung auf. Weiterhin kann der Rotor einen Rotorkern und zumindest eine an dem Rotorkern angeordnete Rotorwicklung umfassen.
Elektrische Maschinen erzeugen aufgrund des dielektrischen Verlusts während ihres Betriebs Wärme. Vorwiegend kommt es im Bereich der Statorwicklung und/oder der Rotorwicklung, insbesondere im Bereich der jeweiligen Wicklungsköpfe, zu einer starken Wärmeentwicklung. Die Folge dieser starken Erwärmung ist eine Erhöhung des dielektrischen Verlustfaktors - noch mehr elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt, was zum einen eine Verschlechterung des Wir- kungsgrads der elektrischen Maschine bewirkt und zum anderen einen zuverlässigen Betrieb der elektrischen Maschine über ihre Lebensdauer negativ beeinflusst. Deshalb ist in Antriebsanordnungen mit elektrischen Maschinen in der Regel eine Kühlvorrichtung vorgesehen, die die zu kühlenden Teile der elektrischen Maschine kühlt.
Konventionelle Kühlungen für elektrische Maschinen bedienen sich eines zirkulierenden gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels. Das Kühlmittel zirkuliert beispielsweise in einem Gehäuse der elektrischen Maschine oder in einer als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle, auf der der Rotor der elektrischen Maschine angeordnet ist. Das flüssige Kühlmittel nimmt aufgrund seiner Wärmekapazität die Wärme auf und transportiert diese ab. Diese Lösungen erfolgen in der Regel mit großem Abstand zur Wärmequelle und erfordern eine Wärmeleitung durch den Rotorkern und/oder den Statorkern, um die Abwärme in den Kühlkreislauf abzuleiten. Mittels dieser diffusen Wärmeleitung werden oftmals auch benachbarte Teile wie zum Beispiel Lager, Dichtungen etc. erwärmt und somit thermisch belastet.
Daneben sind auch Kühlvorrichtungen bekannt, die aufgrund der Verdampfung eines Kühlmittels eine Kühlung von zu kühlenden Oberflächen einer elektrischen Maschine bewirken. Das Kühlmittel wird dabei an der zu kühlenden Oberfläche verdampft und anschließend wieder rückkondensiert. So beschreibt beispielsweise das Dokument US 7,397,154 B2 ein sprühgekühltes Motorsystem mit einem Motorgehäuse mit einem Innenraum und einem Außenraum, wobei der Stator und der Rotor in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet sind. Weiterhin weist das Motorsystem eine Vielzahl an Zerstäubern auf, die so ausgebildet sind, dass zu- mindest der Stator und der Rotor von dem Zerstäuber besprüht werden. Weiterhin weist das offenbarte Motorsystem eine Kühlmittelpumpe auf, die mit den Zerstäubern in Verbindung steht und die Zerstäuber mit Kühlmittel versorgt. Das Kühlmittel ist beispielsweise ein dielektrisches Fluid, dass an den zu kühlenden Oberflächen des Stators und des Rotors verdampft. Die Rückkondensation des Kühlmit- tels erfolgt an der Gehäuseinnenwand des Gehäuses. In diesem Fall ist die Wärmeabfuhr durch das Kühlmittel jedoch stark begrenzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Antriebsanordnung mit einer elektrischen Maschine und einer Sprühkühlanordnung anzugeben, die eine variable Kühlung der elektrischen Maschine und somit einen leistungsoptimierten Betrieb der Antriebsanordnung erlaubt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Stator und der Rotor in einem Innenraum eines Gehäuses angeordnet sind, und eine Sprühkühlanordnung, wobei vermittels der Sprühkühlanordnung in einem Kühlbetrieb der Stator und/oder der Rotor der elektrischen Maschine durch Besprühen mit einem flüssigen Kältemittel zumindest teilweise kühlbar sind, wobei während des Kühlbetriebs das flüssige Kältemittel an dem Stator und/oder dem Rotor der elektrischen Maschine zumindest teilweise verdampft und wobei das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung aus dem Innenraum des Gehäuses abführbar sind, wobei in der ersten Leitung ein erstes Regelventil angeordnet ist, wobei über das erste Regelventil der Dampfdruck in dem Innenraum des Gehäuses regelbar ist.
Die elektrische Maschine weist erfindungsgemäß einen Stator, einen Rotor und ein Gehäuse auf, wobei der Stator und der Rotor in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet sind.
Erfindungsgemäß sind in einem Kühlbetrieb der Antriebsanordnung mittels der Sprühkühlanordnung die elektrische Maschine, genauer der Stator und/oder der Rotor der elektrischen Maschine, zumindest teilweise kühlbar. Die Kühlung des Stators und/oder Rotors erfolgt vermittels zumindest teilweisem Besprühen der zu kühlenden Oberflächen des Stators und/oder Rotors mit einem flüssigen Kältemittel. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verdampft das flüssige Kältemittel zumindest teilweise an den zu kühlenden Oberflächen des Stators und/oder Ro- tors - es bildet sich ein erste Phase, nämlich gasförmiges Kältemittel, und/oder eine zweite Phase, nämlich flüssiges Kältemittel.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung aus dem Innenraum des Gehäuses abführbar.
In der ersten Leitung ist erfindungsgemäß ein erstes Regelventil angeordnet, wobei über das erste Regelventil der Dampfdruck in dem Innenraum des Gehäuses regelbar ist.
Durch die Verdampfung des Kältemittels ist eine homogene Temperatur der zu kühlenden Oberflächen sichergestellt. Das Kältemittel erwärmt sich an den zu kühlenden Oberflächen der elektrischen Maschine bis zum Start einer vom jeweiligen Dampfdruck abhängigen Verdampfung auf der zu kühlenden Oberfläche und führt dabei einerseits durch die Aufwärmung auf die Siedetemperatur und ande- rerseits durch die latente Verdampfungswärme Wärme von der zu kühlenden Oberfläche der elektrischen Maschine ab. Der Dampfdruck kann durch das erste Regelventil eingestellt werden. Die Oberflächentemperatur des zu kühlenden Bauteils der elektrischen Maschine ist somit über den Dampfdruck im Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine einstellbar und es wird ein leistungsop- timierter Betrieb der Antriebsanordnung gewährleistet.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Die Sprühkühlanordnung umfasst bevorzugt einen Kältemitteltank zur Aufnahme des flüssigen Kältemittels, eine Kältemittelpumpe, zumindest eine Sprüheinheit und einen Kondensator. Über die Kältemittelpumpe ist das flüssige Kältemittel aus dem Kältemitteltank zu der Sprüheinheit förderbar. Die Kältemittelpumpe ist bevorzugt als regelbare Pumpe ausgeführt. Derart ist es möglich die zu fördernde Menge an flüssigem Kältemittel zu regeln und somit die Effizienz der Sprühkühlanordnung positiv zu beeinflussen.
Mittels dem Einsatz einer Sprüheinheit ist es möglich das Kältemittel direkt auf die zu kühlenden Oberflächen der elektrischen Maschine zu sprühen und eine homogene Verteilung des Kältemittels über die zu kühlenden Oberflächen der elektrischen Maschine zu bewirken. Durch diese direkte Kühlung der Wärmequellen können die thermischen Widerstände reduziert werden. Weiterhin reicht bereits ein geringer Kältemittelmassenstrom aus, um die zu kühlenden Oberflächen der elektrischen Maschine mit Kältemittel zu benetzen. Der Kondensator ist bevorzugt eingangsseitig über die erste Leitung und das erste Regelventil mit dem Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine derart verbindbar, dass während des Kühlbetriebs gasförmiges Kältemittel und/oder flüssiges Kältemittel aus dem Innenraum des Gehäuses in den Kondensator strö- men kann.
Bevorzugt ist der Kondensator ausgangsseitig mit dem Kältemitteltank verbunden ist. Weiterhin bevorzugt ist der Kältemitteltank über eine zweite Leitung und ein zweites Ventil mit dem Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine verbindbar, sodass während des Kühlbetriebs flüssiges Kältemittel von dem Innenraum des Gehäuses direkt in den Kältemitteltank fließen kann. Durch die Verbindung des Kondensators und/oder des Kältemitteltanks mit dem Innenraum des Gehäuses der elektrischen Maschine über die erste Leitung und/oder die zweite Leitung kann die Antriebsanordnung weiterhin an spezielle Bauraumanforderungen innerhalb des Kraftfahrzeugs individuell angepasst werden.
Vorzugsweise mündet die zweite Leitung in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung ausgehend von einem tiefsten Abschnitt des Gehäuses in dem Kältemitteltank. Durch die Ausbildung der zweiten Leitung mit dem zweiten Regelventil, insbesondere dadurch, dass die zweite Leitung in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung von dem tiefsten Abschnitt in den Kältemitteltank mündet, wird ein besonders zuverlässiger Abfluss des flüssigen Kältemittels aus dem Innenraum des Gehäuses sichergestellt und ein Planschen des Stators und/oder Rotors in dem flüssigen Kältemittel und somit ein Leistungsverlust der elektrischen Maschine durch Planschverluste verhindert.
Das Kältemittel ist bevorzugt eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit mit einem Siedepunkt bei Umgebungsdruck zwischen 60°C und 100°C, insbesondere zwischen 60°C und 80°C.
Bekannte Anwendungen zur Sprühkühlung verwenden meist spezielle elektrisch nicht leitende Öle. Diese können aufgrund ihrer dielektrischen Eigenschaft zwar direkt auf die zu kühlende Oberfläche, beispielsweise die Wicklungsoberfläche, gesprüht werden, verdampfen dort aber aufgrund der maximal zulässigen Oberflächentemperatur nicht. Der feine Ölfilm tropft von der zu kühlenden Oberfläche zurück in den Ölsumpf und gibt dort die aufgenommene Wärmemenge wieder an die Gehäusewand ab oder wird von dort zu einem Wärmetauscher gepumpt.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Antriebsanordnung, insbesondere durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sprühkühlanordnung, kann die Antriebsanordnung leistungsoptimiert betrieben werden. Dabei bedingt der Einsatz des Kondensators eine besonders effiziente Rückkondensation des gasförmigen Kältemittels und eine optimierte Wärmeabfuhr aus dem Innenraum des Gehäuses.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften
Antriebsanordnung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die in Fig. dargestellte beispielhafte Antriebsanordnung 1 umfasst eine elektrische Maschine 2 und eine Sprühkühlanordnung 7.
Die elektrische Maschine 2 weist ein Gehäuse 6, einen Stator 3 und einen Rotor 4 auf. Der Stator 3 und der Rotor 4 sind in einem Innenraum 5 des Gehäuses 6 angeordnet, wobei der Stator 3 ringförmig ausgebildet ist und den Rotor 4 außen- umfänglich umgibt. Eine umgekehrte Anordnung, nämlich eine Anordnung in der der Rotor 4 ringförmig ausgebildet ist und den Stator 3 außenumfänglich umgibt, ist ebenso denkbar.
Der Rotor 4 ist fest auf einer Rotorwelle 19 angeordnet. Die Rotorwelle 19 ist durch eine Öffnung des Gehäuses 6 aus dem Innenraum 5 des Gehäuses 6 geführt.
Der Stator 3 weist einen Statorkern 20 und eine Statorwicklung 21 auf. Der Rotor 4 weist einen Rotorkern 22 und eine Rotorwicklung 23 auf.
Die Sprühkühlanordnung 7 umfasst einen Kältemitteltank 13 mit flüssigem Kältemittel, eine Kältemittelpumpe 10, ein Filterelement 17, zwei Sprüheinheiten 1 1 sowie einen Kondensator 12. Das Filterelement 17 ist zwischen der Kältemittelpumpe 10 und den beiden Sprüheinheiten 1 1 angeordnet und verhindert das feinste Verunreinigungen in dem Kältemittel zu den Sprühdüsen gelangen und diese verstopfen. Eine Anordnung des Filterelements 17 zwischen dem Kältemitteltank 13 und der Kältemittelpumpe 10 ist ebenso denkbar. Weiterhin ist es denkbar mehrere Filterelemente 17 inner- halb der Sprühkühlanordnung 7 anzuordnen. ln einem Kühlbetrieb der Antriebsanordnung 1 werden im Fall des in Fig. schematisch gezeigten Ausführungsbeispiels der Kopf der Statorwicklung 21 und der Kopf der Rotorwicklung 23 gekühlt. Die Kühlung erfolgt indem flüssiges Kältemittel aus dem Kältemitteltank 13 über die Kältemittelpumpe 10 zu den beiden Sprüheinheiten 1 1 gefördert wird. Die Sprüheinheiten 1 1 sind wie der Stator 3 und der Rotor 4 in dem Innenraum 5 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2 angeordnet. Über die Sprüheinheiten 1 1 wird das flüssige Kältemittel zerstäubt. Die Sprüheinheiten 1 1 sind derart ausgebildet, dass die zu kühlenden Oberflächen des Stators 3 und des Rotors 4 flächig mit flüssigem, zerstäubten Kältemittel besprüht werden - derart wird kontinuierlich ein dünner Kältemittelfilm auf den Kopf der Statorwicklung 21 und auf den Kopf der Rotorwicklung 23 aufgebracht. Das flüssige Kältemittel verdampft an der zu kühlenden Oberfläche des Stators 3 und an der zu kühlenden Oberfläche des Rotors 4 zumindest teilweise und es bildet sich gasför- miges Kältemittel und je nach Verdampfungsgrad auch flüssiges Kältemittel. Das gasförmige Kältemittel steigt innerhalb des Innenraums 5 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2 im Wesentlichen in Richtung eines höchsten Abschnitts 18 des Gehäuses 6 auf. Das nicht verdampfte, flüssige Kältemittel tropft von den zu kühlenden Oberflächen des Stators 3 und des Rotors 4 in einen tiefsten Ab- schnitt 16 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2.
Der Innenraum 5 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine erste Leitung 8 und ein erstes Regelventil 9 eingangsseitig mit dem Kondensator 9 verbindbar. Die erste Leitung 8 mündet in dem vorliegenden Beispiel in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung 1 ausgehend von dem höchsten Abschnitt 18 des Gehäuses 6 in den Kondensator 12. Über die erste Leitung 13 kann während des Kühlbetriebs gasförmiges Kältemittel aus dem Innenraum 5 des Gehäuses 6 in den Kondensator 12 strömen. Weiterhin ist der Innenraum 5 des Gehäuses 6 der elektrischen Maschine 2 über eine zweite Leitung 14 und ein zweites Regelventil 15 mit dem Kältemitteltank 13 verbindbar. Die zweite Leitung 14 mündet in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung 1 ausgehend von dem tiefsten Abschnitt 16 des Gehäuses 6 in dem Kältemitteltank 13. Über die zweite Leitung 14 kann während des Kühlbetriebs flüssiges Kältemittel aus dem Innenraum 5 des Gehäuses 6 in den Kältemitteltank 13 fließen.
Der Kondensator 9 ist ausgangsseitig mit dem Kältemitteltank 8 verbunden.
Bezuqszeichenliste
1 Antriebsanordnung
2 Elektrische Maschine
3 Stator
4 Rotor
5 Innenraum
6 Gehäuse
7 Sprühkühlanordnung
8 Erste Leitung
9 Erstes Regelventil
10 Kältemittelpumpe
1 1 Sprüheinheit
12 Kondensator
13 Kaltem itteltank
14 Zweite Leitung
15 Zweites Regelventil
16 Tiefster Abschnitt
17 Filterelement
18 Höchster Abschnitt
19 Rotorwelle
20 Statorkern
21 Statorwicklung
22 Rotorkern
23 Rotorwicklung

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsanordnung (1 ) für ein Kraftfahrzeug umfassend
eine elektrische Maschine (2) mit einem Stator (3) und einem Rotor (4), wobei der Stator (3) und der Rotor (4) in einem Innenraum (5) eines Gehäuses (6) angeordnet sind, und
eine Sprühkühlanordnung (7), wobei vermittels der Sprühkühlanordnung (7) in einem Kühlbetrieb der Stator (3) und/oder der Rotor (4) der elektrischen Maschine (2) durch Besprühen mit einem flüssigen Kältemittel zumindest teilweise kühlbar sind, wobei während des Kühlbetriebs das flüssige Kältemittel an dem Stator (3) und/oder dem Rotor (4) der elektrischen Maschine (2) zumindest teilweise verdampft und wobei das gasförmige Kältemittel und/oder das flüssige Kältemittel über zumindest eine erste Leitung (8) aus dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) abführbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Leitung (8) ein erstes Regelventil (9) angeordnet ist, wobei über das erste Regelventil (9) der Dampfdruck in dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) regelbar ist.
2. Antriebsanordnung (1 ) 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 die Sprühkühlanordnung (7) einen Kältemitteltank (13), zur Aufnahme des flüssigen Kältemittels eine Kältemittelpumpe (10), zumindest eine Sprüheinheit (1 1 ) und einen Kondensator (12) umfasst. Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kondensator (12) eingangsseitig über die erste Leitung (8) und das erste Regelventil (9) mit dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) der elektrischen Maschine (2) verbindbar ist.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kondensator (12) ausgangsseitig mit dem Kältemitteltank (13) verbunden ist.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 2, 3 oder 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kältemitteltank (13) über eine zweite Leitung (14) und ein zweites Regelventil (15) mit dem Innenraum (5) des Gehäuses (6) der elektrischen Maschine (2) verbindbar ist.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Leitung (14) in Bezug auf die Einbaulage der Antriebsanordnung (1) ausgehend von einem tiefsten Abschnitt (16) des Gehäuses (6) in dem Kältemitteltank (13) mündet.
Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kältemittel eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit mit einem Siedepunkt bei Umgebungsdruck zwischen 60°C und 100°C ist.
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