WO2018059929A1 - Kühlsystem - Google Patents

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WO2018059929A1
WO2018059929A1 PCT/EP2017/072843 EP2017072843W WO2018059929A1 WO 2018059929 A1 WO2018059929 A1 WO 2018059929A1 EP 2017072843 W EP2017072843 W EP 2017072843W WO 2018059929 A1 WO2018059929 A1 WO 2018059929A1
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WO
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electromechanical
coolant
housing
cooling system
heat exchanger
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/072843
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dávid MACZKO
Original Assignee
Audi Hungaria Zrt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi Hungaria Zrt filed Critical Audi Hungaria Zrt
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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
    • 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
    • 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
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a cooling system for an electromechanical machine and an electromechanical machine.
  • An electromechanical machine includes as components a rotor and a stator which rotate relative to one another during operation of the electromechanical machine.
  • the electromechanical machine must be operated either as a motor or as a generator.
  • Electromechanical machine can be integrated into a cooling system.
  • the document DE 101 12 500 A1 describes an electro-hydraulic drive unit with an electric motor and a hydraulic pump driven by it.
  • at least one further electric motor is integrated in the electric motor, which is in driving connection with at least one further hydraulic pump.
  • the first and / or the second hydraulic pump are or is at least partially integrated in the first and / or second electric motor.
  • the pumps can be designed as gerotor pumps and have a common intake channel.
  • the electric motors are oil-cooled.
  • a cooling channel is formed, which is connected to an input and an output port, which are in communication with a hydraulic circuit.
  • a flywheel accumulator with a flywheel and an electrical synchronous reluctance machine comprising a rotor, a stator and a housing is known from EP 2 999 095 A2.
  • the rotor is formed by an electromagnetically active laminated core.
  • flywheel accumulator for use in vehicles that are subjected to frequent braking and Anfahrmanövern is provided, that the flywheel is formed by an electromagnetically passive laminated core, which is arranged on at least one side of the electromagnetically active laminated core of the rotor of the electrical synchronous reluctance machine within the housing.
  • a vacuum pump with a pump housing and one inside
  • the vacuum pump includes a pair of pump rotors which are rotatable synchronously with each other and have corresponding shafts, and a motor having a pair of motor rotors
  • a motor stator is housed in a motor frame.
  • the pump housing includes a suction side with a suction port and a discharge side with a discharge port.
  • the motor is mounted on the pump housing on the suction side of the pump housing.
  • Embodiments of the cooling system and the electromechanical machine are dependent on the dependent
  • the cooling system for an electromechanical machine for converting energy comprises as components at least two electromechanical components and a housing and is in operation as a motor for converting electromechanical energy in mechanical energy and / or when operating as a generator for
  • the electromechanical components are arranged in the housing and move in an operation of the electromechanical machine relative to each other.
  • the cooling system has a component
  • Heat exchanger with a coolant disposed in the housing of the machine, for example, integrated therein, and is adapted to replace the coolant with at least one of the electromechanical components. At least one of the mentioned components of the machine and / or the cooling system can be painted black.
  • the integrated in the housing heat exchanger comprises cooling channels, which are integrated in the housing and designed for the transport of coolant.
  • at least one of the components comprises cooling channels, which are connected to the heat exchanger and designed for the transport of coolant.
  • the heat exchanger comprises at least one cooling channel, in
  • each cooling channel may be connected to at least one further cooling channel. It is possible that at least one cooling channel is painted black as a component of the heat exchanger.
  • the cooling system is provided for an electromechanical machine which has at least one electromechanical component embodied as a stator and at least one electromechanical component designed as a rotor, wherein the at least one rotor designed as a
  • the cooling system and / or the heat exchanger integrated in the housing comprises or comprise a coolant pump and a coolant chamber for at least one, for example, designed as oil coolant.
  • the cooling system comprises an additional external heat exchanger with a coolant with which the coolant of the heat exchanger arranged in the housing is to be cooled.
  • the cooling system may have two mutually thermally connected heat exchangers.
  • a first heat exchanger is arranged in the housing of the electric machine and has a first coolant.
  • a second heat exchanger with a second coolant is disposed outside the housing and thermally coupled to the first heat exchanger.
  • the second heat exchanger also includes cooling channels for transporting the coolant, cooling fins, a coolant pump, a
  • Coolant space and can also be painted black in a possible embodiment.
  • the second heat exchanger may, in a possible embodiment, surround the first heat exchanger and the housing. It is also possible that the first heat exchanger, the housing and the second heat exchanger form a common, contiguous component.
  • the electromechanical machine according to the invention for converting energy has as components at least two electromechanical components, a housing and an embodiment of the cooling system according to the invention.
  • the electromechanical machine can be used for a motor vehicle and, for example, designed to drive an axle of the motor vehicle.
  • At least one designed as a rotor electromechanical component and / or at least one designed as a stator electromechanical component is painted black or are.
  • at least one component of the cooling system can be painted black.
  • At least one of the electromechanical components optionally includes a plurality of electromagnets and is to be moved during operation of the electromechanical machine relative to the at least one other electromechanical component, usually to rotate.
  • electromechanical machine are further arranged coaxially or axially to each other.
  • At least one of the components is designed and / or designated as a stator, whereas at least one other of the components is designed and / or designated as a rotor, wherein during operation of the electromechanical machine the at least one rotor relative to the at least one stator turns.
  • the electromechanical machine converts either electrical energy into mechanical energy or mechanical energy into electrical energy. If electrical energy into mechanical energy
  • the electromechanical machine is operated as a motor. Conversely, if mechanical energy is converted into electrical energy, the electromechanical machine is used as a generator.
  • the proposed cooling system is integrated into the electromechanical machine and independent of a specific mode of operation of the
  • At least one of the components ie the at least one rotor and / or the at least one stator, from the first, integrated in the housing heat exchanger usually liquid coolant is to be supplied.
  • Machine d. H. the at least one rotor, the at least one stator and / or the housing, with black color, in addition, a release of heat of at least one component is conveyed to the environment, whereby the at least one component is also cooled.
  • the at least one coolant from the heat exchanger to at least one of the electromechanical components and possibly by cooling channels by at least one of
  • electromechanical components is promoted.
  • at least one of the components of the electromechanical machine usually at least one of its electromechanical components to black paint, a discharge of heat is favored in their operation.
  • passive cooling can be achieved for the at least one rotor and / or the at least one stator.
  • the electromechanical machine or the cooling system comprises at least one, in design two heat exchangers with at least one
  • Coolant With the at least one coolant is still active cooling for the electromechanical machine to achieve.
  • the at least one coolant oil, water, refrigerant and / or air to use. It is, for example, possible that the at least one coolant circulates between the heat exchanger, which is arranged in the housing, and the active electromechanical components. In this case, as the at least one coolant, for example, to use oil and / or water.
  • the at least one coolant takes the heat into the active
  • electromechanical components and continues to give these in the housing and / or in the integrated heat exchanger in the housing.
  • a liquid coolant either oil or water is used, which flows through all the cooling channels this a coolant.
  • the two heat exchangers for each coolant separate cooling channels, for example. Cooling channels for the oil and cooling channels for the water or refrigerant.
  • the passive cooling system can be integrated in any electromechanical machine without geometric changes, since only the at least one component of the electromechanical machine is black to paint. Thus, the electromechanical machine with the cooling system is passive or indirectly to cool.
  • the beam behavior u. a. their infrared radiation in the infrared range, influenced.
  • One degree of infrared radiation depends on the temperature and color of the at least one component, the darker it is, the better its infrared radiation.
  • Electromechanical components of the machine and the housing circulate coolant.
  • the coolant takes heat from the active
  • the machine can be cooled directly and actively by the heat exchanger.
  • the second heat exchanger by using the second
  • Heat exchanger can be realized oil-water cooling, oil-refrigerant cooling or oil-air cooling.
  • a creepage distance can be extended for the coolant of each heat exchanger through the cooling channels. Since at least one of the components is painted black, additional passive cooling is additionally achieved by thermal radiation and / or infrared radiation of the at least one black component, without geometrical modification of this at least one component.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of an electromechanical machine comprising a first embodiment of the cooling system according to the invention.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a housing of the embodiment of the electromechanical machine and the embodiment of the cooling system according to the invention of Figure 1.
  • FIG. 3 shows a detail from FIG. 2 in a sectional view.
  • FIG. 4 shows a first diagram of an operation of the
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a second embodiment of the cooling system according to the invention and a diagram of a
  • Electromechanical machine 2 comprises, as electromechanically active components, a stator 4 and a rotor 6 which rotates relative to the stator 4 during operation of the electromechanical machine 2.
  • the stator 4 comprises electromagnets
  • the rotor 6 comprises permanent magnets.
  • the stator 4 comprises permanent magnets
  • the rotor 6 comprises electromagnets. It is possible to operate the electromechanical machine 2 depending on the requirements as a motor or as a generator.
  • the electromechanical machine 2 comprises a power unit.
  • the machine 2 may also have a plurality of stators 4 and / or rotors 6.
  • the embodiment of the cooling system 8 according to the invention for the electromechanical machine 2 comprises a heat exchanger 10 which here comprises a plurality of axial cooling channels 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f which surround the two electromechanical components, ie the stator 4 and the rotor 6, and having one or more openings in the direction of the electromechanical components. Details of the heat exchanger 10 and its cooling channels 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f for transporting a
  • Coolant 20 will be apparent from Figures 2 to 5.
  • Figure 2 also shows a housing 14 of the electromechanical machine 2, which also encloses the cooling channels 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f of the heat exchanger 10. It is here provided that the
  • Heat exchanger 10 is integrated into the housing 14, wherein the housing 14 and the heat exchanger 10 form a common, contiguous component.
  • FIG. 3 also shows that the heat exchanger 10 has axial cooling ribs on an outer wall, wherein this outer wall with the cooling ribs, at least in sections, also delimits the cooling channels 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f.
  • the cooling system 8 comprises for the at least one formed here as oil coolant 20 a cooling circuit with a designed as an oil pump coolant pump 7 and a trained as oil chamber coolant space 9. It is provided that the coolant 20 through one or more oil and ⁇ laust ttsö réelleen between the Cooling channels 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f of the heat exchanger 10 and the electromechanical components, ie the stator 4 and the rotor 6, circulates. Thus, the electromechanical machine 2 is to be actively cooled by the coolant 20. Thus, the coolant 20 may flow from the stator 4 and / or from the rotor 6 to the housing 14 and the heat exchanger 10 and subsequently to the power unit.
  • only one coolant for example oil
  • oil being transported through all the cooling channels 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f or oil channels.
  • two different liquid coolants for example oil and water
  • some cooling channels 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f are designed as oil passages and other cooling passages 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f as water passages.
  • stator 4 and / or the rotor 6 is painted black or are.
  • housing 14 and the heat exchanger 10 integrated in the housing 14 in black.
  • FIGS. 4 and 5 show the machine 2 and the cooling system 8 with the heat exchanger 10.
  • the stator 2 and the rotor 6 are indicated by the machine 2 as active electromechanical components.
  • Components of the heat exchanger 10 are in Figures 4 and 5, the cooling channels 12 and the cooling fins 16 on an outer wall of the heat exchanger 10
  • Heat exchanger 10 and thus indicated on an outer wall of the housing 14.
  • the cooled first liquid, heated coolant 20, here oil from the electromechanically active components to the Cooling channels 12 of the heat exchanger 10 transported. Excess heat of the first coolant 20 is discharged from the cooling fins 16 to the air as the second gaseous coolant
  • FIG. 5a shows, in a schematic representation, in addition to the first embodiment of the electromechanical machine 2 schematically presented above, the second embodiment of the invention
  • Cooling system 30 which is next to the first here cylindrical
  • Heat exchanger 10 a second additional heat exchanger 24 for a second, circulating coolant 26, for example. Water, refrigerant or air, and the first heat exchanger 10 encloses.
  • the second additional heat exchanger 24 may be hexagonal in cross section.
  • both heat exchangers 10, 24 are integrated in the housing 14 for the machine 2.
  • Heat exchanger 24 the housing 14 encloses, but between the two heat exchangers 10, 24 via the metallic housing 14 is given a thermal contact.
  • Cooling system 30 the heated first liquid coolant 20 also from the active electromechanical components to the first here, in the housing 14th transported integrated heat exchanger 10 and surrendered excess heat to the second here liquid coolant 26 of the second heat exchanger 24.
  • the first liquid coolant 20 with the second liquid coolant 26 is also cooled here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (8) für eine elektromechanische Maschine (2) zum Umwandeln von Energie, die als Komponenten mindestens zwei elektromechanische Bauteile und ein Gehäuse (14) aufweist, wobei die mindestens zwei elektromechanischen Bauteile in dem Gehäuse (14) angeordnet sind und sich bei einem Betrieb der elektromechanischen Maschine (2) relativ zueinander bewegen wobei das Kühlsystem (8) als Komponente einen Wärmetauscher (10) mit einem Kühlmittel aufweist, der in dem Gehäuse (14) angeordnet und dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel mit mindestens einem der elektromechanischen Bauteile auszutauschen.

Description

Kühlsystem
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine elektromechanische Maschine und eine elektromechanische Maschine.
Eine elektromechanische Maschine umfasst als Bauteile einen Rotor und einen Stator, die sich bei einem Betrieb der elektromechanischen Maschine relativ zueinander drehen. Dabei ist die elektromechanische Maschine entweder als Motor oder als Generator zu betreiben. In der
elektromechanischen Maschine kann ein Kühlsystem integriert sein.
Die Druckschrift DE 101 12 500 A1 beschreibt eine elektrohydraulische Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einer davon angetriebenen hydraulischen Pumpe. Zur Erweiterung eines Einsatzbereiches ist in den Elektromotor zumindest ein weiterer Elektromotor integriert, der mit mindestens einer weiteren hydraulischen Pumpe in Antriebsverbindung steht. Die erste und/oder die zweite hydraulische Pumpe sind bzw. ist zumindest teilweise in den ersten und/oder zweiten Elektromotor integriert. Die Pumpen können als Zahnringpumpen ausgebildet sein und einen gemeinsamen Ansaugkanal aufweisen. Die Elektromotoren sind ölgekühlt. Hierbei ist radial zwischen einer Hohlwelle des ersten Elektromotors, in der sich der zweite Elektromotor befindet, und einem Gehäuse des zweiten Elektromotors ein Kühlkanal gebildet, der an eine Eingangs- und an eine Ausgangsöffnung angeschlossen ist, die mit einem hydraulischen Kreislauf in Verbindung stehen.
Ein Schwungradspeicher mit einem Schwungrad und einer elektrischen synchronen Reluktanzmaschine, die einen Rotor, einen Stator und ein Gehäuse umfasst, ist aus der Druckschrift EP 2 999 095 A2 bekannt. Der Rotor ist durch ein elektromagnetisch aktives Blechpaket gebildet. Zur Erzielung eines möglichst kompakten und einfach aufgebauten
Schwungradspeichers für den Einsatz in Fahrzeugen, die häufigen Bremsund Anfahrmanövern ausgesetzt sind, ist vorgesehen, dass das Schwungrad durch ein elektromagnetisch passives Blechpaket gebildet ist, das an zumindest einer Seite des elektromagnetisch aktiven Blechpakets des Rotors der elektrischen synchronen Reluktanzmaschine innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Eine Vakuumpumpe mit einem Pumpengehäuse und einer darin
angeordneten Pumpenanordnung ist in der Druckschrift EP 0 733 804 A2 beschrieben. Die Vakuumpumpe umfasst ein Paar Pumpenrotoren, die miteinander synchron drehbar sind und entsprechende Wellen aufweisen, sowie einen Motor, der ein Paar von Motorrotoren aufweist, die
entsprechende Sätze von Permanentmagneten besitzen, die jeweils auf den Wellen angeordnet sind. Dabei ist ein Motorstator in einem Motorrahmen untergebracht. Das Pumpengehäuse umfasst eine Saugseite mit einem Sauganschluss und eine Abgabeseite mit einem Abgabeanschluss. Der Motor ist auf dem Pumpengehäuse an der Saugseite des Pumpengehäuses angebracht.
Vor diesem Hintergrund werden ein Kühlsystem und eine
elektromechanische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche vorgestellt. Ausführungsformen des Kühlsystems und der elektromechanischen Maschine gehen aus den abhängigen
Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem für eine elektromechanische Maschine zum Umwandeln von Energie weist als Komponenten mindestens zwei elektromechanische Bauteile sowie ein Gehäuse auf und ist bei einem Betrieb als Motor zum Umwandeln von elektromechanischer Energie in mechanische Energie und/oder bei einem Betrieb als Generator zum
Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie ausgebildet. Dabei sind die elektromechanischen Bauteile in dem Gehäuse angeordnet und bewegen sich bei einem Betrieb der elektromechanischen Maschine relativ zueinander. Das Kühlsystem weist als Komponente einen
Wärmetauscher mit einem Kühlmittel auf, der in dem Gehäuse der Maschine angeordnet, bspw. darin integriert, und dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel mit mindestens einem der elektromechanischen Bauteile auszutauschen. Mindestens eine der genannten Komponenten der Maschine und/oder des Kühlsystems kann schwarz lackiert sein.
Der in dem Gehäuse integrierte Wärmetauscher umfasst Kühlkanäle, die in dem Gehäuse integriert und zum Transport von Kühlmittel ausgebildet sind. Außerdem umfasst mindestens eines der Bauteile Kühlkanäle, die mit dem Wärmetauscher verbunden und zum Transport von Kühlmittel ausgebildet sind. Der Wärmetauscher umfasst mindestens einen Kühlkanal, in
Ausgestaltung mehrere Kühlkanäle, wobei jeder Kühlkanal mit mindestens einem weiteren Kühlkanal verbunden sein kann. Dabei ist es möglich, dass auch mindestens ein Kühlkanal als Komponente des Wärmetauschers schwarz lackiert ist.
Das Kühlsystem ist für eine elektromechanische Maschine vorgesehen, die mindestens ein als Stator ausgebildetes elektromechanisches Bauteil und mindestens ein als Rotor ausgebildetes elektromechanisches Bauteil aufweist, wobei sich das mindestens eine als Rotor ausgebildete
elektromechanische Bauteil bei dem Betrieb der elektromechanischen Maschine relativ zu dem mindestens einen Stator und dem Gehäuse dreht. Mindestens eines der elektromechanischen Bauteile, d. h. der mindestens eine Rotor und/oder der mindestens eine Stator kann schwarz lackiert sein. Das Kühlsystem und/oder der im Gehäuse integrierte Wärmetauscher umfasst bzw. umfassen für mindestens ein bspw. als Öl ausgebildetes Kühlmittel eine Kühlmittelpumpe und einen Kühlmittelraum. In Ausgestaltung umfasst das Kühlsystem einen zusätzlichen externen Wärmetauscher mit einem Kühlmittel, mit dem das Kühlmittel des in dem Gehäuse angeordneten Wärmetauschers zu kühlen ist. Demnach kann das Kühlsystem zwei miteinander thermisch verbundene Wärmetauscher aufweisen. In diesem Fall ist ein erster Wärmetauscher in dem Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet und weist ein erstes Kühlmittel auf. Ein zweiter Wärmetauscher mit einem zweiten Kühlmittel ist außerhalb des Gehäuses angeordnet und mit dem ersten Wärmetauscher thermisch gekoppelt. Der zweite Wärmetauscher umfasst ebenfalls Kühlkanäle zum Transport des Kühlmittels, Kühlrippen, eine Kühlmittelpumpe, einen
Kühlmittelraum und kann in möglicher Ausgestaltung ebenfalls schwarz lackiert sein. Der zweite Wärmetauscher kann in möglicher Ausgestaltung den erste Wärmetauscher und das Gehäuse umschließen. Dabei ist es auch möglich, dass der erste Wärmetauscher, das Gehäuse und der zweite Wärmetauscher ein gemeinsames, zusammenhangendes Bauteil bilden.
Die erfindungsgemäße elektromechanische Maschine zum Umwandeln von Energie weist als Komponenten mindestens zwei elektromechanische Bauteile, ein Gehäuse und eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems auf.
Die elektromechanische Maschine ist für ein Kraftfahrzeug einsetzbar und bspw. zum Antreiben einer Achse des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Dabei ist es möglich, dass bei der elektromechanischen Maschine mindestens ein als Rotor ausgebildetes elektromechanisches Bauteil und/oder mindestens ein als Stator ausgebildetes elektromechanisches Bauteil schwarz lackiert ist bzw. sind. Darüber hinaus kann auch mindestens eine Komponente des Kühlsystems schwarz lackiert sein. Mindestens eines der elektromechanischen Bauteile umfasst optional mehrere Elektromagnete und ist bei einem Betrieb der elektromechanischen Maschine relativ zu dem mindestens einen anderen elektromechanischen Bauteil zu bewegen, üblicherweise zu drehen. Diese Bauteile der
elektromechanischen Maschine sind weiterhin zueinander koaxial oder axial angeordnet.
Außerdem ist vorgesehen, dass mindestens eines der Bauteile als Stator ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist, wohingegen mindestens ein anderes der Bauteile als Rotor ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist, wobei sich bei dem Betrieb der elektromechanischen Maschine der mindestens eine Rotor relativ zu dem mindestens einen Stator dreht.
Mit der elektromechanischen Maschine ist entweder elektrische Energie in mechanische Energie oder mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Falls elektrische Energie in mechanische Energie
umgewandelt wird, wird die elektromechanische Maschine als Motor betrieben. Falls umgekehrt mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, wird die elektromechanische Maschine als Generator verwendet.
Das vorgestellte Kühlsystem ist in die elektromechanische Maschine integriert und unabhängig von einer konkreten Betriebsweise der
elektromechanischen Maschine zu deren Kühlung ausgebildet. Hierzu werden u. a. die Kühlkanäle verwendet, wobei über die Kühlkanäle
mindestens einem der Bauteile, d. h. dem mindestens einen Rotor und/oder dem mindestens einen Stator, von dem ersten, im Gehäuse integrierten Wärmetauscher das üblicherweise flüssige Kühlmittel zuzuführen ist. Durch Lackieren mindestens einer Komponente der elektromechanischen
Maschine, d. h. des mindestens einen Rotors, des mindestens einen Stators und/oder des Gehäuses, mit schwarzer Farbe, wird zusätzlich eine Abgabe von Wärme dieser mindestens einen Komponente an die Umgebung zu gefördert, wodurch die mindestens eine Komponente ebenfalls gekühlt wird.
Dabei ist es weiterhin möglich, dass das mindestens eine Kühlmittel von dem Wärmetauscher zu mindestens einem der elektromechanischen Bauteile und ggf. durch Kühlkanäle auch durch mindestens eines der
elektromechanischen Bauteile gefördert wird. Durch die Maßnahme, mindestens eine der Komponenten der elektromechanischen Maschine, üblicherweise mindestens eines ihrer elektromechanischen Bauteile, schwarz zu lackieren, wird bei deren Betrieb eine Abgabe von Wärme begünstigt. Somit ist bspw. für den mindestens einen Rotor und/oder den mindestens einen Stator eine passive Kühlung zu erreichen.
Die elektromechanische Maschine bzw. das Kühlsystem umfasst mindestens einen, in Ausgestaltung zwei Wärmetauscher mit mindestens einem
Kühlmittel. Mit dem mindestens einen Kühlmittel ist weiterhin eine aktive Kühlung für die elektromechanische Maschine zu erreichen. Hierbei ist als das mindestens eine Kühlmittel Öl, Wasser, Kältemittel und/oder Luft zu verwenden. Dabei ist es bspw. möglich, dass das mindestens eine Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher, der in dem Gehäuse angeordnet ist, und den aktiven elektromechanischen Bauteilen zirkuliert. In diesem Fall ist als das mindestens eine Kühlmittel bspw. Öl und/oder Wasser zu verwenden. Das mindestens eine Kühlmittel nimmt die Wärme in den aktiven
elektromechanischen Bauteilen auf und gibt diese weiterhin in dem Gehäuse und/oder in dem in dem Gehäuse integrierten Wärmetauscher ab. In Ausgestaltung wird lediglich ein flüssiges Kühlmittel, entweder Öl oder Wasser verwendet, wobei durch sämtliche Kühlkanäle dieses eine Kühlmittel fließt. Falls zwei Wärmetauscher mit bspw. unterschiedlichen flüssigen Kühlmitteln verwendet werden, weisen die beiden Wärmetauscher für jedes Kühlmittel voneinander getrennte Kühlkanäle auf, bspw. Kühlkanäle für das Öl und Kühlkanäle für das Wasser oder Kältemittel.
Das passive Kühlsystem ist in jeder elektromechanischen Maschine ohne geometrische Änderungen integrierbar, da lediglich die mindestens eine Komponente der elektromechanischen Maschine schwarz zu lackieren ist. Somit ist die elektromechanische Maschine mit dem Kühlsystem passiv bzw. indirekt zu kühlen.
Durch die Maßnahme, mindestens eine der Komponenten der Maschine und/oder des Kühlsystems schwarz zu lackieren, wird deren Strahlverhalten, u. a. deren Infrarotstrahlung im Infrarotbereich, beeinflusst. Ein Grad der Infrarotstrahlung hängt von der Temperatur und der Farbe der mindestens einen Komponente ab, je dunkler sie ist, desto besser ihre Infrarotstrahlung. Über den Wärmetauscher, der im Gehäuse integriert ist und die Kühlkanäle für Öl oder Luft als Kühlmittel umfasst, kann zwischen den aktiven
elektromechanischen Bauteilen der Maschine und dem Gehäuse Kühlmittel zirkulieren. Dabei nimmt das Kühlmittel Wärme der aktiven
elektromechanischen Bauteile auf und gibt sie an das Gehäuse ab. Somit kann die Maschine durch den Wärmetauscher direkt und aktiv gekühlt werden. In Ausgestaltung kann durch Verwendung des zweiten
Wärmetauschers eine Öl-Wasser-Kühlung, Öl-Kältemittel-Kühlung oder eine Öl-Luft-Kühlung realisiert werden. Hierbei kann für das Kühlmittel jedes Wärmetauschers durch die Kühlkanäle eine Kriechstrecke verlängert werden. Da mindestens eine der Komponenten schwarz lackiert ist, wird zusätzlich durch Wärmestrahlung und/oder Infrarotstrahlung der mindestens einen schwarzen Komponente, ohne geometrische Änderung dieser mindestens einen Komponente, eine zusätzliche passive Kühlung erreicht.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer elektromechanischen Maschine, die eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems umfasst.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Gehäuse der Ausführungsform der elektromechanischen Maschine sowie der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems aus Figur 1 .
Figur 3 zeigt ein Detail aus Figur 2 in Schnittansicht.
Figur 4 zeigt ein erstes Diagramm zu einer Funktionsweise des
erfindungsgemäßen Kühlsystems aus Figur 1 . Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems und ein Diagramm zu einer
Funktionsweise der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben.
Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet. Die in Figur 1 schematisch dargestellte Ausführungsform der
elektromechanischen Maschine 2 umfasst als elektromechanisch aktive Bauteile einen Stator 4 und einen Rotor 6, der sich bei einem Betrieb der elektromechanischen Maschine 2 relativ zu dem Stator 4 dreht. In optionaler Ausgestaltung umfasst bspw. der Stator 4 Elektromagnete, wohingegen der Rotor 6 Permanentmagnete umfasst. In alternativer optionaler Ausgestaltung umfasst bspw. der Stator 4 Permanentmagnete, wohingegen der Rotor 6 Elektromagnete umfasst. Es ist möglich, die elektromechanische Maschine 2 je nach Anforderung als Motor oder als Generator zu betreiben. Außerdem umfasst die elektromechanische Maschine 2 eine Leistungseinheit. In
Ausgestaltung kann die Maschine 2 auch mehrere Statoren 4 und/oder Rotoren 6 aufweisen.
Bei einem Betrieb als Motor wird durch die Elektromagnete Strom geleitet, aufgrund dessen der Rotor 6 relativ zu dem Stator 4 in Rotation versetzt wird, wobei elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Bei dem Betrieb als Generator ist vorgesehen, den Rotor 6 bspw. durch eine externe Kraft relativ zu dem Stator 4 in Rotation zu versetzen, wobei in den Elektromagneten eine Spannung induziert wird. Somit ist beim Betrieb der elektromechanischen Maschine 2 als Generator mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems 8 für die elektromechanische Maschine 2 umfasst einen Wärmetauscher 10, der hier mehrere axiale Kühlkanäle 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f umfasst, die die beiden elektromechanischen Bauteile, d. h. den Stator 4 und den Rotor 6 umschließen, und die in der Richtung der elektromechanischen Bauteile eine oder mehrere Öffnungen aufweisen. Details zu dem Wärmetauscher 10 und dessen Kühlkanäle 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f zum Transport eines
Kühlmittels 20 gehen aus den Figuren 2 bis 5 hervor.
Diesbezüglich zeigt Figur 2 auch ein Gehäuse 14 der elektromechanischen Maschine 2, das auch die Kühlkanäle 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f des Wärmetauschers 10 umschließt. Dabei ist hier vorgesehen, dass der
Wärmetauscher 10 in das Gehäuse 14 integriert ist, wobei das Gehäuse 14 und der Wärmetauscher 10 ein gemeinsames, zusammenhängendes Bauteil bilden. Figur 3 zeigt auch, dass der Wärmetauscher 10 an einer Außenwand axiale Kühlrippen aufweist, wobei diese Außenwand mit den Kühlrippen zumindest abschnittsweise auch die Kühlkanäle 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f begrenzt.
Das Kühlsystem 8 umfasst für das mindestens eine hier als Öl ausgebildete Kühlmittel 20 einen Kühlkreislauf mit einer als Ölpumpe ausgebildeten Kühlmittelpumpe 7 und einen als Ölraum ausgebildeten Kühlmittelraum 9. Hierbei ist vorgesehen, dass das Kühlmittel 20 durch eine oder mehrere Ölein- und Ölaust ttsöffnungen zwischen die Kühlkanäle 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f des Wärmetauschers 10 und die elektromechanischen Bauteilen, d. h. den Stator 4 und den Rotor 6, zirkuliert. Somit ist die elektromechanische Maschine 2 durch das Kühlmittel 20 aktiv zu kühlen. So kann das Kühlmittel 20 von dem Stator 4 und/oder von dem Rotor 6 zu dem Gehäuse 14 und dem Wärmetauscher 10 und nachfolgend zu der Leistungseinheit fließen. In Ausgestaltung wird lediglich ein Kühlmittel, bspw. Öl, verwendet, wobei durch sämtliche Kühlkanäle 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f bzw. Ölkanäle Öl transportiert wird. Falls zwei verschiedene flüssige Kühlmittel, bspw. Öl und Wasser verwendet werden, sind einige Kühlkanäle 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f als Ölkanäle und andere Kühlkanäle 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f als Wasserkanäle ausgebildet.
Außerdem ist hier vorgesehen, dass mindestens eine Komponente der elektromechanischen Maschine 2, d. h. mindestens eines der
elektromechanischen Bauteile, also der Stator 4 und/oder der Rotor 6 schwarz lackiert ist bzw. sind. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, das Gehäuse 14 sowie den in dem Gehäuse 14 integrierten Wärmetauscher 10 schwarz zu lackieren. Durch eine derartige schwarze Lackierung einer Außenwandung mindestens einer der genannten Komponenten der elektromechanischen Maschine 2 ist diese mindestens eine Komponente passiv zu kühlen.
Hinsichtlich der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kühlsystems 8 und/oder der Maschine 2 wird auf die Diagramme aus den Figuren 4 und 5 verwiesen. Diese zeigen jeweils die Maschine 2 und das Kühlsystem 8 mit dem Wärmetauscher 10. Dabei sind von der Maschine 2 der Stator 4 und der Rotor 6 als aktive elektromechanische Bauteile angedeutet. Als
Komponenten des Wärmetauschers 10 sind in Figur 4 bzw. 5 auch die Kühlkanäle 12 und die Kühlrippen 16 an einer Außenwand des
Wärmetauschers 10 und somit an einer Außenwand des Gehäuses 14 angedeutet.
Wie das Diagramm aus Figur 4 zeigt, wird ein erstes flüssiges, erwärmtes Kühlmittel 20, hier Öl, von den elektromechanisch aktiven Bauteilen zu den Kühlkanälen 12 des Wärmetauschers 10 transportiert. Überschüssige Wärme des ersten Kühlmittels 20 wird von den Kühlrippen 16 an die Luft als zweites gasförmiges Kühlmittel 22 in einer Umgebung der Maschine 2 abgegeben. Außerdem werden dabei auch die Kühlrippen 16 und die Kühlkanäle 12 mit dem Kühlmittel 20 abgekühlt. Das abgekühlte erste
Kühlmittel 20 wird dann wieder zu den elektromechanisch aktiven Bauteilen und somit dem Stator 4 und dem Rotor 6 zum weiteren Abkühlen derselben transportiert. Figur 5a zeigt in schematischer Darstellung ergänzend zu der voranstehend schematisch vorgestellten ersten Ausführungsform der elektromechanischen Maschine 2 die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kühlsystems 30, das neben dem ersten hier zylinderförmigen
Wärmetauscher 10 einen zweiten zusätzlichen Wärmetauscher 24 für ein zweites, zirkulierendes Kühlmittel 26, bspw. Wasser, Kältemittel oder Luft, aufweist, und den ersten Wärmetauscher 10 umschließt. Der zweite zusätzliche Wärmetauscher 24 kann im Querschnitt hexagonal ausgebildet sein. Dabei sind hier beide Wärmetauscher 10, 24 in dem Gehäuse 14 für die Maschine 2 integriert. Es ist jedoch auch möglich, dass lediglich der erste Wärmetauscher 10 als interner Wärmetauscher 10 in dem Gehäuse 14 integriert ist, wobei der zweite Wärmetauscher 24 als externer
Wärmetauscher 24 das Gehäuse 14 umschließt, wobei jedoch zwischen den beiden Wärmetauschern 10, 24 über das metallische Gehäuse 14 ein thermischer Kontakt gegeben ist.
Wie das Diagramm aus Figur 5b zeigt, wird bei einem Betrieb des
Kühlsystems 30 das erwärmte erste flüssige Kühlmittel 20 ebenfalls von den aktiven elektromechanischen Bauteilen zu dem hier ersten, im Gehäuse 14 integrierten Wärmetauscher 10 transportiert und überschüssige Wärme an das zweite hier flüssige Kühlmittel 26 des zweiten Wärmetauschers 24 abgegeben. Außerdem wird hier auch das erste flüssige Kühlmittel 20 mit dem zweiten flüssigen Kühlmittel 26 abgekühlt.

Claims

Patentansprüche
1 . Kühlsystem für eine elektromechanische Maschine (2) zum
Umwandeln von Energie, die als Komponenten mindestens zwei
elektromechanische Bauteile und ein Gehäuse (14) aufweist, wobei die mindestens zwei elektromechanischen Bauteile in dem Gehäuse (14) angeordnet sind und sich bei einem Betrieb der elektromechanischen
Maschine (2) relativ zueinander bewegen wobei das Kühlsystem (8) als Komponente einen Wärmetauscher (10) mit einem Kühlmittel (20) aufweist, der in dem Gehäuse (14) angeordnet und dazu ausgebildet ist, das
Kühlmittel (20) mit mindestens einem der elektromechanischen Bauteile auszutauschen.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1 , bei dem mindestens eine der
Komponenten schwarz lackiert ist.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wärmetauscher (10) axiale Kühlkanäle (12, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) aufweist, die in dem Gehäuse (14) integriert und zum Transport von Kühlmittel (20) ausgebildet sind, und die in der Richtung der elektromechanischen Bauteile Ein- und austrittsöffnungen für das Kühl mittel (20) aufweisen.
4. Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mindestens eines der elektromechanischen Bauteile Kühlkanäle (12, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) aufweist, die mit dem Wärmetauscher (10) verbunden und zum Transport von Kühlmittel (20) ausgebildet sind.
5. Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche für eine elektromechanische Maschine (2), die mindestens ein als Stator (4) ausgebildetes elektromechanisches Bauteil und mindestens ein als Rotor (6) ausgebildetes elektromechanisches Bauteil aufweist, wobei sich das mindestens eine als Rotor (6) ausgebildete elektromechanische Bauteil bei dem Betrieb der elektromechanischen Maschine (2) relativ zu dem mindestens einen als Stator (4) ausgebildeten elektromechanischen Bauteil und dem Gehäuse (14) dreht.
6. Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Wärmetauscher (10) an einer Außenwandung axiale Kühlrippen aufweist.
7. Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, das eine Kühlmittelpumpe (7) und einen Kühlmittelraum (9) umfasst.
8. Kühlsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, das einen zusätzlichen externen Wärmetauscher (24) mit einem weiteren Kühlmittel (26) aufweist, mit dem das Kühlmittel (20) des in dem Gehäuse (14) angeordneten Wärmetauschers (10) zu kühlen ist.
9. Elektromechanische Maschine zum Umwandeln von Energie, die als Komponenten mindestens zwei elektromechanische Bauteile und ein Gehäuse (14) sowie ein Kühlsystem (8, 30) nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist.
10. Elektromechanische Maschine nach Anspruch 9, die zum Antreiben einer Achse eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
1 1 . Elektromechanische Maschine nach Anspruch 9 oder 10, bei der mindestens ein als Rotor (6) ausgebildetes elektromechanisches Bauteil schwarz lackiert ist.
12. Elektromechanische Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , bei der mindestens ein als Stator (4) ausgebildetes elektromechanisches Bauteil schwarz lackiert ist.
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