WO2022194785A1 - Temperiervorrichtung bei einer elektrischen maschine - Google Patents

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WO2022194785A1
WO2022194785A1 PCT/EP2022/056556 EP2022056556W WO2022194785A1 WO 2022194785 A1 WO2022194785 A1 WO 2022194785A1 EP 2022056556 W EP2022056556 W EP 2022056556W WO 2022194785 A1 WO2022194785 A1 WO 2022194785A1
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WO
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temperature control
control device
fluid
stator
rotor
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Application number
PCT/EP2022/056556
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English (en)
French (fr)
Inventor
David EHRENBERGER
Original Assignee
Witzenmann Gmbh
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Publication date
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    • H02K9/08—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium circulating wholly within the machine casing
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    • 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 temperature control device in an electrical machine according to claim 1 .
  • Such a machine regularly comprises a radially outer stator and a rotatable rotor arranged radially inside the stator, a circumferential rotor gap being formed between the stator and the rotor.
  • the stator is surrounded by a sleeve-shaped stator carrier, and this stator carrier is closed at the end by a bearing plate in each case, so that a machine interior is formed, through which bearing plates a shaft of the rotor is rotatably mounted.
  • DE 10 2018 109 421 A1 discloses a temperature control module for an electrical module, in particular for an electric motor, which has a casing designed to essentially completely accommodate the electrical module, which casing comprises a tubular wall section and is also referred to below as a “cooling sleeve”. is designated.
  • the tubular wall section there is at least one corrugated area, in which the casing has a plurality of corrugations, which in particular run parallel to one another, which corrugations extend essentially transversely to a longitudinal axis of the tubular wall section and jointly on at least one of their respective first and second corrugations Transition end sections in an associated distribution and collection channel of the sheath.
  • there is at least one feed line for a tempering fluid which feed line opens into the distribution and collecting channel, and a discharge line for the tempering fluid, which discharge line is discharged or branched off from the distribution and collection channel.
  • Such a cooling sleeve can advantageously cool down or generally temper an electrical machine or an electrical module via the outer lateral surface of the stator carrier. It is simple and inexpensive to produce and requires only a small amount of space. For machines with increased power density, however, the cooling capacity can be too low. This can mean that machines with a cooling sleeve have to go into so-called "derating" relatively early in order to avoid damage to the system to avoid. In this case, the power is reduced in order to rule out (thermal) damage to the system. Due to the relatively low thermal load capacity, only limited transient operation is possible. The driving experience suffers, especially in automotive applications (electric machine as traction motor).
  • the object of the invention is to achieve improved temperature control of an electrical machine.
  • An (additional) external heat exchanger should be dispensed with in order to save installation space and costs.
  • a temperature control device for an electrical machine, which machine has a radially outer stator and a rotor arranged radially inner half of the stator, with a circumferential rotor gap being formed between the stator and rotor, the stator being surrounded by a sleeve-shaped stator carrier, and the Stator is frontally closed ver by a respective end shield, so that a machine interior is formed, through which end shields a shaft of the rotor is rotatably mounted.
  • the temperature control device has: a cooling sleeve (CSL), which cooling sleeve is preferably thin-walled and made of metal, which surrounds the stator support in a section and which forms a first flow space for a first temperature control fluid between itself and the stator support, and an outer casing which Envelope surrounds the cooling sleeve in a section and forms a second flow space for a second tempering fluid between itself and the cooling sleeve. It is provided according to the invention that the second flow space is fluidly connected to the interior of the machine.
  • CSL cooling sleeve
  • cooling sleeve temperature control module (hereinafter also referred to as “EMH”) with an additional outer casing for a second temperature control fluid, with the cooling sleeve functioning as a heat exchanger between the first and second temperature control fluid.
  • EMH cooling sleeve temperature control module
  • Temperature control of the interior space and specifically also of the rotor of the electric machine is possible with the second temperature control fluid, so that the temperature control effect can be significantly increased.
  • the temperature control device according to the invention provides that the cooling sleeve is corrugated at least in some areas and preferably rests against the stator support in the area of its wave troughs, most preferably fluid-tight, eg materially. As a result, good heat exchange and targeted flow control can be achieved.
  • the latter can be formed diagonally or helically (screw pitch).
  • a further development of the temperature control device according to the invention provides that the second flow chamber is connected to the rotor gap in a fluid-conducting manner. As a result, the rotor can be temperature-controlled in a targeted manner in the stated range.
  • a radially perforated stator carrier can also be used here.
  • the secondary temperature control fluid preferably absorbs the heat from the inside of the rotor and stator as it passes through the rotor gap and, if necessary, from the end windings and any bearings, and gives it off to the CSL in a radially negative direction when it is returned to the outside.
  • the CSL preferably transfers the heat to a primary cooling circuit, which removes it from the system.
  • An embodiment of the invention can be characterized in that the cover is designed as a cast housing, which allows the integration of additional functions such as screw points.
  • a corresponding further development of the temperature control device according to the invention therefore provides that the casing is designed as a cast housing.
  • Another embodiment of the invention can be characterized in that the EMH with the stator support, cooling sleeve and end shields is mounted in a manner that is sound-decoupling with respect to the outer casing.
  • This can preferably be achieved by introducing at least one elastomer part, preferably made of NBR.
  • Acrylonitrile butadiene rubber abbreviated to nitrile rubber, AB and NBR (Nitrile Butadiene Rubber), is a copolymer of acrylonitrile and 1,3-butadiene and is one of the synthetic rubbers. Rubber vulcanizates have a high resistance to mineral oils, fats and hydrocarbons.
  • a corresponding further development of the temperature control device therefore provides that the stator carrier, cooling sleeve and/or end shields are mounted in relation to the envelope so as to decouple structure-borne noise, preferably by incorporating an elastomer part, most preferably made of NBR.
  • Yet another embodiment of the invention can be characterized in that a hollow cylinder, preferably designed as a longitudinally welded tube section, is used as the outer casing.
  • a hollow cylinder preferably designed as a longitudinally welded tube section, is used as the outer casing.
  • Such an enclosure is particularly easy and inexpensive to produce.
  • the casing is designed as a hollow cylinder, preferably as a longitudinally welded pipe section.
  • the heat transfer from the second (or secondary) tempering fluid or secondary fluid to the first (or primary) tempering fluid or primary fluid can be positively influenced by the correlating flow conditions by introducing beads or dents into the casing.
  • one or more elements to improve heat transfer can optionally be introduced between the CSL and the outer shell. This/these is/are preferably conductively bonded to the CSL, most preferably by soldering or welding.
  • the beads can assume a flow-guiding function.
  • the casing has beads or dents or other structures which project radially inwards and which can serve to transfer heat and/or flow.
  • the temperature control device therefore provides, in particular, for elements to improve the heat transfer to be introduced between the cooling sleeve and the casing, preferably thermally conductive, most preferably cohesively, connected to the cooling sleeve.
  • the same can have a structure, for example in the form of beads, which are optionally supported locally on the CSL and thus make mechanical contact with the same. This contact can also be mechanically prestressed.
  • the prestressing can preferably be realized by a thermal press fit.
  • the casing touches the cooling sleeve at certain points, especially in the area of the beads or dents or other structures, as mentioned above, preferably under prestress, e.g. as a thermal press fit.
  • the encapsulation and the CSL can also be materially bonded.
  • the second tempering fluid used in the secondary circuit can be designed either as a gas or as a liquid and is preferably dielectric; air or oil is most preferably used. Such a fluid has electrically insulating properties. In addition, a high heat storage capacity and thermal conductivity are also important, advantageous properties of the second tempering fluid.
  • the second flow chamber contains a gas or a liquid, preferably with dielectric properties, most preferably air or oil.
  • the secondary circuit can be divided in order, on the one hand, to gap the end windings/the rotor and, on the other hand, to heat the rotor through a hollow shaft.
  • a corresponding development of the temperature control device according to the invention therefore provides in particular that the rotor shaft is a hollow shaft through which at least part of the second temperature control fluid is guided or can be guided.
  • the temperature control device provides in particular that at least one of the end shields has at least one opening for conducting the second temperature control fluid into the machine interior or out of the machine interior.
  • the secondary circuit can be routed through an inverter housing or the like, in order to additionally cool the power electronics, optionally in addition to the primary circuit.
  • the inverter housing can optionally be positioned, for example, tangentially or radially to the electrical machine (E-machine).
  • a further heat source arranged radially on the outside
  • elements for improved heat transfer to the secondary fluid can be attached to the casing in a conductive, preferably cohesive manner.
  • a corresponding further development of the temperature control device according to the invention therefore provides in particular that a flow path for the second temperature control fluid between the casing and the machine interior is formed by a housing part attached to the machine, preferably axially or radially.
  • thermocontrol device accordingly additionally provides in particular that at least one component to be temperature-controlled, in particular an electronic component, is arranged in the housing part.
  • the component can be arranged on or on the bearing plate, preferably on/on an additional sheet metal part.
  • the sheet metal part can also provide for a closure of said recess.
  • the flow guide can be configured in such a way that at least a partial mass flow flows through the bearings provided in the end shields, which are preferably designed as roller bearings, in order to cool them and lubricate them at the same time.
  • a corresponding development of the temperature control device according to the invention therefore provides in particular that a flow path for the second temperature control fluid between the enclosure and the machine interior is passed through a bearing in one of the end shields, preferably a roller bearing, or close to this bearing.
  • the temperature control effect is particularly efficient if the temperature control device according to the invention is additionally provided with a circulation device for the second temperature control fluid.
  • the circulation device can have at least one impeller, preferably a centrifugal impeller, for conveying the second temperature-sensitive fluid, with the impeller being able to be arranged in particular on the rotor shaft.
  • a circulating device independent of the rotor speed (inside or outside the enclosure) can be provided, which promotes the second tempering fluid depending on the engine or rotor speed, for example to be able to post-cool even when stationary.
  • the circulating device additionally or alternatively has a conveying medium that is independent of a rotor rotation.
  • the oil mentioned above can advantageously also be used to lubricate and cool a transmission.
  • the circulation then preferably takes place via an (additional) external pump.
  • the otherwise required heat exchanger of the transmission oil is saved and its function is taken over by the CSL and the encapsulation.
  • a heating element can also be installed in the secondary circuit or in operative connection with it in order to condition the machine before operation.
  • bearing preloads and air gaps can be kept within the necessary interval from the start of operation.
  • temperature control device provides in particular that the second temperature control fluid is guided in a closed circuit within the temperature control device between the interior of the machine and the second flow space. This refinement can be implemented in a particularly simple and cost-effective manner.
  • thermocontrol device can provide that this is used for heat exchange with respect to the first temperature control fluid a heat exchange device arranged outside of the temperature control device is connected or connectable.
  • a heat exchange device is present in any case, particularly in automobiles.
  • the first tempering fluid is water or a water-glycol mixture, as is also regularly present in automobiles.
  • the casing can be designed in one piece with one of the end shields, so that fewer individual parts have to be processed. You can have additional stiffening ribs, screw points on or the like.
  • the casing can have further cooling structures, in particular for additional electronic cooling.
  • another component to be cooled e.g. an electronic component
  • the stator can have additional cooling ducts or grooves in order to improve the cooling effect. The same applies to the rotor.
  • the area of the rotor gap can be sealed in order to limit a cooling flow to the area of said cooling channels or grooves.
  • a variant with radial end winding wetting through the hollow rotor shaft is advantageously provided.
  • a pump wheel or the like can be arranged on both sides of the rotor on the rotor shaft in order to ensure the circulation of the second tempering fluid.
  • the impellers can ensure a (radial) flow of fluid into the region of the winding overhangs (of the stator).
  • the casing can be formed in one piece with one end shield.
  • the enclosure can have an (additional) inlet and outlet for separate electronic cooling with additional cooling structures within the enclosure in order to implement an additional cooling circuit.
  • Figure 1 shows a temperature control device according to the invention partially in longitudinal section
  • FIG. 2 shows a first variant of the temperature control device according to the invention, partially in longitudinal section
  • FIG. 3 shows a second variant of the temperature control device according to the invention, partially in longitudinal section
  • FIG. 4 shows a third variant of the temperature control device according to the invention, partially in longitudinal section
  • FIG. 5 shows a fourth variant of the temperature control device according to the invention, partially in longitudinal section
  • FIG. 6 shows a fifth variant of the temperature control device according to the invention, partially in longitudinal section.
  • FIG. 7 shows a sixth variant of the temperature control device according to the invention, partially in longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a temperature control device in an electrical machine, which machine as a whole is provided with the reference number 1, partially in longitudinal section (longitudinal axis L). It comprises a radially outer stator 2 and a rotor 3 arranged radially inside the stator 2 , a circumferential rotor gap 4 being formed between the stator 2 and the rotor 3 .
  • the stator 2 is surrounded by a sleeve-shaped stator support 5, and the stator support 5 is closed at the end by a respective bearing shield 6, 7, so that a machine interior 8 is formed.
  • An (output) shaft 9 of the rotor is rotatably supported by the end shields 6, 7, preferably by means of roller bearings 10, 11 between itself and the stator carrier 5 a first flow space SR1 for a first tempering fluid TF1 (e.g. water-glycol mixture) trains.
  • the cooling sleeve 12 is located in the region of its troughs 12a sealingly on the stator carrier 5.
  • the first flow chamber SR1 also includes the area between and recesses 13 in the end shield 7, which are axially closed with a plate 14, but are in fluid communication with each other.
  • the first flow space SR1 between the cooling sleeve 12 and the stator carrier 5 is in fluid communication with an external heat exchanger 15.
  • the first tempering fluid TF1 preferably reaches the area of the recesses 13 and 13 from the heat exchanger 15 according to the dot-dash arrow (radially from outside). from there via an axial opening 7a in the end shield 7 in the area between the cooling sleeve 12 and the stator carrier 5, where it flows around the latter at least in part. From there, the first tempering fluid TF1 is fed back to the heat exchanger 15, which is not shown in detail.
  • an outer casing 16 preferably made of a (metallic) cast material, which casing 16 surrounds the cooling sleeve 12 in a section and forms a second flow space SR2 for a second temperature control fluid TF2, preferably oil, between itself and the cooling sleeve 12.
  • the second flow chamber SR2 is connected to the machine interior 8 via further axial openings 7b, 7c in the bearing plate 7, as shown.
  • the connection is created via an axially arranged housing 17 (housing cover) which covers a component 18 arranged on the sheet metal 14, preferably a power electronics component (e.g. inverter).
  • the temperature control fluid TF2 flows around the component 18 .
  • the component 18 is (also) in thermally conductive contact with the first flow space SR1 and the first temperature control fluid TF1 via the sheet metal 14 .
  • the flow of the second tempering fluid TF2 is divided in the machine interior 8: a first partial flow TF2.1 flows through the rotor gap 4, a second partial flow TF2.2 through the shaft 9 designed as a hollow shaft.
  • a pump wheel sits on this shaft 9 19, which acts as a circulation device for circulating the second tempering fluid TF2. It can (alternatively or additionally) be provided a further, in particular independent of a rotation of the shaft 9 circulating device, which is not shown.
  • the shaft 9 has openings at reference number 9a, through which the second partial flow TF2.2 can exit the (hollow) shaft 9 again, as shown.
  • the second tempering fluid TF2 then returns to the region between the outer casing 16 and the cooling sleeve 12 via a channel 20a on the end face.
  • the channel 20a is in a connection part 20 is arranged, which connection part 20 closes the second flow space SR2 to the outside and is used for attaching the end shield 6 .
  • the second tempering fluid TF2 preferably flows close enough to the bearings 10, 11 to also temper them and, if necessary, to lubricate them.
  • the casing 16 can also be designed as a hollow cylinder, preferably as a longitudinally welded tube section. Furthermore, it can have radially inwardly projecting beads or dents or other structures, which is not shown in the figure. In addition, it can be expedient if elements (not shown) are introduced between the cooling sleeve 12 and the cover 16 to improve the heat transfer, preferably in a heat-conducting manner, most preferably connected to the cooling sleeve 12 with a material connection.
  • the casing 16 can also touch the cooling sleeve 12 at certain points, particularly in the area of the mentioned beads or dents or other structures, preferably under pretension. This is also not shown in the figure.
  • a heating element (not shown) for heating the second tempering fluid can be arranged in the second flow chamber SR2.
  • the second temperature control fluid TF2 flows in a closed circuit within the temperature control device between the machine interior 8 and the second flow space SR2 (via the interior of the housing 17 and through the openings/channels 7b, 7c, 20a).
  • the temperature control device or the machine 1 is or can be connected to a heat exchange device (heat exchanger) 15 arranged outside the temperature control device, as mentioned.
  • the heat exchange device also includes the associated funding and storage means for the first tempering fluid TF1, which is preferably - as he already mentioned - is water or a water-glycol mixture.
  • FIG. 1 shows the flow of the second tempering fluid TF2; the flow of the first tempering fluid TF1 is not explicitly shown in the drawing for reasons of clarity.
  • FIG. 2 shows a similar temperature control device in an electrical machine as in FIG.
  • the same reference symbols designate elements that are the same or at least have the same effect. For reasons of clarity, not all elements are always explicitly (re)designated. In this respect, reference may be made to FIG.
  • a fluid passage for the second tempering fluid TF2 takes place through the stator support 5 (left, opening 5a) or through the transition between the stator support and the connection part (right, reference numerals 20, 20a).
  • the cooling sleeve (CSL) 12 is shortened axially compared to the embodiment in FIG. 1, with the primary cooling fluid (not shown) being fed preferably radially (first tempering fluid TF1, cf. FIG. 1).
  • An external additional heat source 21 is attached radially outside of the casing 16, e.g. The cooling takes place radially inwards via the casing 16, as shown (Q).
  • a heat transfer element 22 is connected to the inside of the casing 16, preferably in a materially bonded manner.
  • the heat transfer element 22 can optionally also be connected to the CSL 12 (shown only on the right at reference number 22a), namely elastically prestressed or by material connection.
  • a one-piece design of a bearing plate 6, 7 and the casing 16 can be provided (not shown here, cf. FIG. 7).
  • This is not limited to the configuration according to FIG.
  • the assumption of load-bearing functions (strength and rigidity) can be achieved.
  • screw-on points, ribbing for rigidity and as heat-conducting elements, etc. can be formed directly in the cast material of the casing 16 (if formed accordingly) (cf. FIG. 7).
  • FIG. 2 it is also provided that a secondary fluid passage takes place through channels 2a in the stator 2 or through corresponding stator slots.
  • the rotor 3 can also be designed accordingly (not shown).
  • FIG. 3 shows a variant with a schematically illustrated speed-independent circulation device 23 which is arranged in the second flow space between the casing 16 and the stator carrier 5 .
  • You will have another radial breakthrough 5b of the stator support 5 is supplied with the second tempering fluid.
  • Additional sealing elements 24a, b ensure sealing of the rotor gap 4 in order to prevent the fluid from heating up due to shearing. This feature is not limited to the configuration according to FIG. 3, provided that the channels 2a or corresponding stator slots are present.
  • the heat conducting element or heat transfer element 22 is thermally conductively attached to the cooling sleeve 12 for surface enlargement and better heat transfer.
  • FIG. 4 shows a variant with an external circulation device 23' and a further heat source 25 (fleiz element, shown only schematically).
  • the connecting part 20 accordingly has two channels 20b, c, in order to conduct the second tempering fluid from the machine interior 8 (cf. FIG. 1) to the flexible element 25 and the circulating device 23' and from there into the casing 16.
  • the component 18 or the further heat source can also be a gear to be cooled here or in all embodiments, which is supplied directly axially via the end shield 7 with secondary fluid.
  • FIG. 5 is designed similar to that in FIG. It is a variant with elastomer decoupling of the stator 2.
  • the latter is mounted on the right and left at reference numeral 26 by means of an elastomer part on the bearing plate 7 or on the connection part 20, which elastomer part 26 is preferably made of NBR.
  • the elastomer part has a decoupling and sealing function (the latter with regard to the second tempering fluid).
  • FIG. 6 shows a variant with radial wetting of the end windings through the hollow rotor shaft 9.
  • the end windings are shown at reference number 2b (and are basically present in all configurations).
  • an impeller 19 or 19′ is arranged on both sides of the rotor 3 on the shaft 9, which impeller acts as a circulating device for circulating the second tempering fluid.
  • the shaft 9 has openings on both sides at reference numbers 9a, 9a′, through which the second partial flow (cf. FIG. 1) can exit the (hollow) shaft 9 again, as shown.
  • the pump wheels 19, 19' can be dispensed with because the (radial) fluid flow can also be caused by centrifugal force.
  • FIG. 6 shows another possible cooling of the secondary fluid via the primary cooling channels (recesses 13; cf. FIG. 1) integrated in the bearing shield 7 is shown.
  • openings 7d are additionally provided in the end shield 7, which extend into the area of the recesses 13.
  • FIG. 7 shows a variant similar to the embodiment in FIG.
  • Tempering fluid to the recesses 13 in the bearing plate 7 for the purpose of targeted heat dissipation of the component 18. From there, the said fluid reaches the area between the cooling sleeve 12 and the stator carrier 5.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Temperiervorrichtung bei einer elektrischen Maschine (1), welche Maschine (1 ) einen radial außenliegenden Stator (2) und einen radial innerhalb des Stators (2) angeordneten Rotor (3) aufweist, wobei zwischen Stator (2) und Rotor (3) ein umlaufender Rotorspalt (4) ausgebildet ist, der Stator (2) von einen hülsenförmigen Statorträger (5) umgeben ist, und der Statorträger (5) stirnseitig durch jeweils einen Lagerschild (6, 7) verschlossen ist, sodass ein Maschinen-Innenraum (8) gebildet ist, durch welche Lagerschilde (6, 7) eine Welle (9) des Rotors (3) drehbar gelagert ist, die Temperiervorrichtung aufweisend: - eine Kühlhülse (12), welche Kühlhülse (12) den Statorträger (5) in einem Abschnitt umgibt und die zwischen sich und dem Statorträger (5) einen ersten Strömungsraum (SR1) für ein erstes Temperierfluid (TF1) ausbildet; eine äußere Einhüllung (16), welche Einhüllung (16) die Kühlhülse (12) in einem Abschnitt umgibt und die zwischen sich und der Kühlhülse (12) einen zweiten Strömungsraum (SR2) für ein zweites Temperierfluid (TF2) ausbildet; bei der der zweite Strömungsraum (SR2) fluidleitend mit dem Maschinen-Innenraum (8) verbunden ist.

Description

Temperiervorrichtunq bei einer elektrischen Maschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung bei einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 .
Eine solche Maschine umfasst regelmäßig einen radial außenliegenden Stator und ei nen radial innerhalb des Stators angeordneten, drehbaren Rotor, wobei zwischen Sta tor und Rotor ein umlaufender Rotorspalt ausgebildet ist. Der Stator ist von einen hül senförmigen Statorträger umgeben, und dieser Statorträger ist stirnseitig durch jeweils einen Lagerschild verschlossen, sodass ein Maschinen-Innenraum gebildet ist, durch welche Lagerschilde eine Welle des Rotors drehbar gelagert ist.
Aus der DE 10 2018 109 421 A1 ist ein Temperiermodul für ein Elektromodul, insbe sondere für einen Elektromotor, bekannt, das eine zum im Wesentlichen vollständigen Aufnehmen des Elektromoduls ausgebildete Ummantelung aufweist, welche Ummante lung einen rohrförmigen Wandabschnitt umfasst und nachfolgend auch als „Kühlhülse“ bezeichnet ist. In dem rohrförmigen Wandabschnitt ist wenigstens ein gewellter Bereich vorhanden, in dem die Ummantelung eine Mehrzahl von insbesondere parallel zueinan der verlaufenden Wellen aufweist, welche Wellen sich im Wesentlichen quer zu einer Längsachse des rohrförmigen Wandabschnitts erstrecken und gemeinsam an wenigs tens einem ihren jeweiligen ersten und zweiten Endabschnitte in einen zugeordneten Verteiler- und Sammelkanal der Ummantelung übergehen. Weiterhin existiert wenigs tens eine Zuleitung für ein Temperierfluid, welche Zuleitung in den Verteiler- und Sam melkanal mündet, und eine Ableitung für das Temperierfluid, welche Ableitung aus dem Verteiler- und Sammelkanal ausgeleitet oder abgezweigt ist.
Eine solche Kühlhülse (abgekürzt: CSL) kann vorteilhafter Weise eine elektrische Ma schine bzw. ein Elektromodul über die äußere Mantelfläche des Statorträgers entwär- men bzw. allgemein temperieren. Sie ist einfach und kostengünstig herzustellen und benötigt nur einen geringen Bauraum. Bei Maschinen mit erhöhter Leistungsdichte kann die Kühlleistung allerdings zu gering ausfallen. Dies kann dazu führen, dass Ma schinen mit Kühlhülse relativ früh ins sog. „Derating“ gehen müssen, um Schäden am System zu vermeiden. Hierbei wird die Leistung reduziert, um (thermische) Schäden am System auszuschließen. Durch die relativ geringe thermische Belastbarkeit ist so mit nur ein eingeschränkt transienter Betrieb möglich. Speziell bei Automobil-Anwen dungen (elektrische Maschine als Traktionsmotor) leidet das Fahrerlebnis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Temperierung einer elektri schen Maschine zu erreichen. Dabei soll auf einen (zusätzlichen) externen Wärmetau scher verzichtet werden, um so Bauraum und Kosten zu sparen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Temperiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen wird eine Temperiervorrichtung bei einer elektrischen Maschine, welche Maschine einen radial außenliegenden Stator und einen radial inner halb des Stators angeordneten Rotor aufweist, wobei zwischen Stator und Rotor ein umlaufender Rotorspalt ausgebildet ist, der Stator von einen hülsenförmigen Statorträ ger umgeben ist, und der Statorträger stirnseitig durch jeweils einen Lagerschild ver schlossen ist, sodass ein Maschinen-Innenraum gebildet ist, durch welche Lagerschilde eine Welle des Rotors drehbar gelagert ist. Die Temperiervorrichtung weist auf: eine Kühlhülse (CSL), welche Kühlhülse vorzugsweise dünnwandig und metallisch ausgebil det ist, die den Statorträger in einem Abschnitt umgibt und die zwischen sich und dem Statorträger einen ersten Strömungsraum für ein erstes Temperierfluid ausbildet, sowie eine äußere Einhüllung, welche Einhüllung die Kühlhülse in einem Abschnitt umgibt und zwischen sich und der Kühlhülse einen zweiten Strömungsraum für ein zweites Temperierfluid ausbildet. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Strö mungsraum fluidleitend mit dem Maschinen-Innenraum verbunden ist.
Es wird demnach vorgeschlagen, ein vorbekanntes Kühlhülsen-Temperiermodul (nach folgend auch als „EMH“ bezeichnet) mit einer zusätzlichen äußeren Einhüllung für ein zweites Temperierfluid zu versehen, wobei die Kühlhülse als Wärmetauscher zwischen erstem und zweitem Temperierfluid fungiert. Durch das zweite Temperierfluid ist eine Temperierung des Innenraums und speziell auch des Rotors der elektrischen Maschine möglich, sodass die Temperierwirkung deutlich erhöht werden kann. Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht vor, dass die Kühlhülse zumindest bereichsweise gewellt ausgebildet ist und vorzugsweise im Be reich ihrer Wellentäler an dem Statorträger anliegt, höchst vorzugsweise fluiddicht, z.B. stoffschlüssig. Dadurch lässt sich ein guter Wärmeaustausch und eine gezielte Strö mungsführung erreichen. Letztere kann diagonal oder aber auch helixförmig (Schrau bengang) ausgebildet sein.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht vor, dass der zweite Strömungsraum fluidleitend mit dem Rotorspalt verbunden ist. Dadurch kann der Rotor in dem genannten Bereich gezielt temperiert werden.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, einen axial durchbrochenen Lagerschild (oder auch Lagerring) zu verwenden, um eine Zirkulation des zweiten (oder sekundären) Temperierfluids, die optional durch ein auf dem Rotor montiertes Kreiselpumpenrad ge trieben sein kann, durch den Rotorspalt und entgegengesetzt zwischen CSL- Außenwand und äußerer Einhüllung zu bewirken. Zusätzlich oder alternativ kann hier für auch ein radial durchbrochener Statorträger verwendet werden. Das sekundäre Temperierfluid nimmt bevorzugt beim Durchgang durch den Rotorspalt die Wärme von Rotor und Stator innen sowie ggf. von den Wickelköpfen und etwaigen Lagern auf und gibt diese bei der äußeren Rückführung in radial negativer Richtung an die CSL ab. Die CSL überträgt die Wärme bevorzugt an einen Primärkühlkreislauf, welcher selbige aus dem System abführt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Einhüllung als Gussgehäuse ausgeführt ist, welches die Integration von Zusatzfunktionen wie An schraubpunkten ermöglicht.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht deshalb vor, dass bei der die Einhüllung als Gussgehäuse ausgebildet ist.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, das EMH mit Statorträger, Kühlhülse und Lagerschilden gegenüber der äußeren Einhüllung körper schallentkoppelnd zu lagern. Vorzugsweise kann dies durch Einbringen wenigstens ei nes Elastomerteils, vorzugsweise aus NBR, gelingen. Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, kurz auch Nitrilkautschuk, Kurzzeichen AB und NBR (Nitrile Butadiene Rubber), ist ein Copolymer aus Acrylnitril und 1 ,3-Butadien und zählt zu den Synthesekautschuken. Vulkanisate des Kautschuks haben eine hohe Beständigkeit gegen Mineralöle, Fette und Kohlenwasserstoffe.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht deshalb vor, dass Statorträger, Kühlhülse und/oder Lagerschilde gegenüber der Einhül lung körperschallentkoppelnd gelagert sind, vorzugsweise durch Einbringung eines Elastomerteils, höchst vorzugsweise aus NBR.
Eine wieder andere Ausgestaltung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass ein Hohlzylinder, vorzugsweise ausgeführt als längsnahtgeschweißter Rohrabschnitt, als äußere Einhüllung verwendet wird. Eine solche Einhüllung ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht deshalb vor, dass die Einhüllung als Hohlzylinder, vorzugsweise als längsnahtge schweißter Rohrabschnitt, ausgebildet ist.
Die Wärmeübertragung vom zweiten (oder sekundären) Temperierfluid oder Sekun därfluid zum ersten (oder primären) Temperierfluid oder Primärfluid kann durch die Ein bringung von Sicken oder Dellen in die Einhüllung positiv über die korrelierenden Strö mungsverhältnisse beeinflusst werden. Zusätzlich kann/können optional zwischen CSL und äußerer Einhüllung ein oder mehrere Elemente zur Verbesserung der Wärmeüber tragung eingebracht sein. Diese/s ist/sind vorzugsweise konduktiv stoffschlüssig, höchst vorzugsweise durch Löten oder Schweißen, an die CSL angebunden. Die Sicken können darüber hinaus eine strömungsführende Funktion übernehmen.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht deshalb vor, dass die Einhüllung radial nach innen vorspringende Sicken oder Dellen oder anderweitige Strukturen aufweist, die der Wärmeübertragung und/oder Strö mungsführung dienen können.
Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht deshalb insbesondere vor, dass zwischen Kühlhülse und Einhüllung Elemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung eingebracht sind, vorzugsweise wärmeleitend, höchst vorzugs weise stoffschlüssig, an die Kühlhülse angebunden. Auch um die äußere Einhüllung positiv bezüglich ihrer akustischen Abstrahleigenschaf ten auszugestalten, kann selbige eine Strukturierung aufweisen, beispielsweise in Form von Sicken, die sich optional lokal auf der CSL abstützt und somit selbige mechanisch kontaktiert. Dieser Kontakt kann weiterhin mechanisch vorgespannt sein. Die Vorspan nung kann vorzugsweise durch einen thermischen Pressverband realisiert werden.
Speziell kann dabei in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung vor gesehen sein, dass die Einhüllung die Kühlhülse punktuell berührt, insbesondere im Bereich der Sicken oder Dellen oder anderweitigen Strukturen, wie oben genannt, vor zugsweise unter Vorspannung, z.B. als thermischer Pressverband. Alternativ können die Einhüllung und die CSL auch stoffschlüssig verbunden sein.
Das im Sekundärkreislauf (zweiter Strömungsraum und Maschinen-Innenraum) verwen dete zweite Temperierfluid kann sowohl als Gas als auch als Flüssigkeit ausgeführt sein und ist vorzugweise dielektrisch; höchst vorzugsweise kommt Luft oder Öl zum Einsatz. Ein solches Fluid hat elektrisch isolierende Eigenschaften. Zusätzlich sind auch eine hohe Wärmespeicherkapazität und Wärmeleitfähigkeit wichtige, vorteilhafte Eigenschaften des zweiten Temperierfluids.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht deshalb insbesondere vor, dass in dem zweiten Strömungsraum ein Gas oder eine Flüssigkeit enthalten ist, vorzugsweise mit dielektrischen Eigenschaften, höchst vor zugsweise Luft oder Öl.
Der Sekundärkreislauf kann aufgeteilt sein, um einerseits die Wickelköpfe/den Rotor spalt und anderseits den Rotor durch eine Hohlwelle hindurch zu entwärmen.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht deshalb insbesondere vor, dass die Rotorwelle eine Hohlwelle ist, durch die zumindest ein Teil des zweiten Temperierfluids geführt oder führbar ist.
Um das zweite Temperierfluid einfach und gezielt leiten zu können, sieht eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung insbesondere vor, dass wenigstens einer der Lagerschilde wenigstens einen Durchbruch aufweist zum Hin durchleiten des zweiten Temperierfluids in den Maschinen-Innenraum oder aus dem Maschinen-Innenraum. Weiterhin kann der Sekundärkreislauf durch ein Invertergehäuse oder dgl. geleitet wer den, um zusätzlich die Leistungselektronik, optional zusätzlich zum Primärkreislauf, zu kühlen. Das Invertergehäuse kann optional beispielsweise tangential oder radial zur elektrischen Maschine (E-Maschine) positioniert sein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass eine weitere (radial außenliegend angeordnete) Wärmequelle radial negativ (also nach innen) durch die Einhüllung entwärmt wird. Hierfür können Elemente zur verbesserten Wärmeübertragung an das Sekundärfluid (zweite Temperierfluid) kon duktiv leitfähig, vorzugsweise stoffschlüssig, an der Einhüllung angebracht sein.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht deshalb insbesondere vor, dass ein Strömungsweg für das zweite Temperierfluid zwi schen Einhüllung und Maschinen-Innenraum gebildet ist durch ein an die Maschine an gesetztes Gehäuseteil, vorzugsweise axial oder radial.
Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht entspre chend zusätzlich insbesondere vor, dass in dem Gehäuseteil wenigstens ein zu tempe rierendes Bauteil, insbesondere eine Elektronikkomponente, angeordnet ist.
Es kann in dem Kontext auch vorgesehen sein, das Bauteil wärmeleitend mit dem ers ten Strömungsraum zu verbinden, vorzugsweise über wenigstens eine Ausnehmung in einem der Lagerschilde, welche Ausnehmung mit dem ersten Strömungsraum in fluid leitender Verbindung steht. Das Bauteil kann dabei an oder auf dem Lagerschild ange ordnet sein, vorzugsweise an/auf einem zusätzlichen Blechteil. Das Blechteil kann auch für einen Verschluss der genannten Ausnehmung sorgen.
Ist als Sekundärfluid ein Öl vorgesehen, so kann die Strömungsführung derart ausge staltet ein, dass zumindest ein Teilmassenstrom durch in den Lagerschilden vorgese hene Lager, welche vorzugsweise als Wälzlager ausgeführt sind, strömt, um selbige zu entwärmen und gleichzeitig zu schmieren.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht deshalb insbesondere vor, dass ein Strömungsweg für das zweite Temperierfluid zwi schen Einhüllung und Maschinen-Innenraum durch ein in einem der Lagerschilde ange ordnetes Lager, vorzugsweise Wälzlager, oder nah an diesem Lager vorbeigeführt ist. Besonders effizient ist die Temperierwirkung, wenn die erfindungsgemäße Temperier vorrichtung zusätzlich noch mit einer Umwälzeinrichtung für das zweite Temperierfluid versehen ist.
Die Umwälzeinrichtung kann bei entsprechender Weiterbildung der Erfindung wenigs tens ein Pumpenrad, vorzugsweise Kreiselpumpenrad, zum Fördern des zweiten Tem perierfluids aufweisen, wobei das Pumpenrad insbesondere auf der Rotorwelle ange ordnet sein kann.
Weiterhin kann zusätzlich zu einem Pumpenrad oder anstelle desselben eine von der Rotordrehzahl unabhängige Umwälzeinrichtung (innerhalb oder außerhalb der Einhül lung) vorgesehen sein, welche das zweite Temperierfluid motor- bzw. rotordrehzahlun abhängig fördert, um beispielsweise auch im Stillstand nachkühlen zu können.
Entsprechend kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Umwälz einrichtung zusätzlich oder alternativ ein von einer Rotordrehung unabhängiges Förder mittel aufweist.
Das weiter oben erwähnte Öl kann vorteilhafter Weise auch zur Schmierung und Ent- wärmung eines Getriebes verwendet werden. Die Umwälzung erfolgt dann bevorzugt über eine (zusätzliche) externe Pumpe. Hierbei wird der sonst benötigte Wärmetau scher des Getriebeöls eingespart und dessen Funktion durch die CSL und die Einhül lung übernommen.
Im Sekundärkreislauf oder in Wirkverbindung mit diesem kann zusätzlich ein Heizele ment eingebracht sein, um die Maschine vor Betrieb zu konditionieren. Insbesondere Lagervorspannungen und Luftspalte können dadurch ab Betriebsstart im nötigen Inter vall gehalten werden.
Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung sieht insbe sondere vor, dass das zweite Temperierfluid in einem geschlossenen Kreislauf inner halb der Temperiervorrichtung zwischen Maschinen-Innenraum und zweitem Strö mungsraum geführt ist. Diese Ausgestaltung ist besondere einfach und kostengünstig zu realisieren.
Dagegen kann eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiervorrich tung vorsehen, dass diese zum Wärmetausch bezüglich des ersten Temperierfluids mit einer außerhalb der Temperiervorrichtung angeordneten Wärmetauscheinrichtung ver bunden oder verbindbar ist. Eine solche Wärmetauscheinrichtung ist insbesondere bei Automobilen ohnehin vorhanden.
Entsprechend kann in Weiterbildung der Erfindung noch vorgesehen sein, dass das erste Temperierfluid Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung ist, wie sie ebenfalls bei Automobilen regelmäßig vorhanden ist.
Die Einhüllung kann einstückig mit einem der Lagerschilde ausgeführt sein, sodass we niger Einzelteile zu verarbeiten sind. Sie kann zusätzliche Versteifungsrippen, An schraubpunkte oder dgl. aufweisen.
Die Einhüllung kann weitere Kühlstrukturen insbesondere für eine zusätzliche Elektro nikkühlung aufweisen. Außerdem kann außen auf der Einhüllung ein weiteres zu ent- wärmendes Bauteil (z.B. ein Elektronikbauteil) angeordnet sein.
Der Stator kann zusätzliche Kühlkanäle oder -Nuten aufweisen, um die Kühlwirkung zu verbessern. Gleiches gilt für den Rotor.
Der Bereich des Rotorspalts kann abgedichtet sein, um eine Kühlströmung auf den Be reich der genannten Kühlkanäle oder -Nuten zu begrenzen.
Vorteilhafter Weise ist eine Variante mit radialer Wickelkopfbenetzung durch die Rotor hohlwelle vorgesehen. Dazu kann beiderseits des Rotors auf der Rotorwelle ein Pum penrad oder dgl. angeordnet sein, um für die Umwälzung des zweiten Temperierfluids zu sorgen. Die Pumpenräder können für eine (radiale) Fluidströmung in den Bereich der genannten Wickelköpfe (des Stators) sorgen.
Zur besseren Entwärmung des Sekundärfluids können in einem Lagerschild (zusätzli che) Durchbrüche vorgesehen sein, die sich bis in den Bereich der gennannten Aus nehmungen erstrecken.
Bei einer Variante kann die Einhüllung einteilig mit dem einen Lagerschild ausgebildet sein. Außerdem kann an der Einhüllung ein (zusätzlicher) Ein- und Auslass für eine se parate Elektronikkühlung mit weiteren Kühlstrukturen innerhalb der Einhüllung vorhan den sein, um einen zusätzlichen Kühlkreislauf zu realisieren. Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Temperiervorrichtung teilweise im Längs schnitt;
Figur 2 zeigt eine erste Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung teilweise im Längsschnitt;
Figur 3 zeigt eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung teilweise im Längsschnitt;
Figur 4 zeigt eine dritte Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung teilweise im Längsschnitt;
Figur 5 zeigt eine vierte Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung teilweise im Längsschnitt;
Figur 6 zeigt eine fünfte Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung teilweise im Längsschnitt; und
Figur 7 zeigt eine sechste Variante der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung teilweise im Längsschnitt.
Die Figur 1 zeigt eine Temperiervorrichtung bei einer elektrischen Maschine, welche Maschine als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist, teilweise im Längsschnitt (Längsachse L). Sie umfasst einen radial außenliegenden Stator 2 und einen radial in nerhalb des Stators 2 angeordneten Rotor 3, wobei zwischen Stator 2 und Rotor 3 ein umlaufender Rotorspalt 4 ausgebildet ist. Der Stator 2 ist von einen hülsenförmigen Statorträger 5 umgeben, und der Statorträger 5 ist stirnseitig durch jeweils einen La gerschild 6, 7 verschlossen, sodass ein Maschinen-Innenraum 8 gebildet ist. Durch die Lagerschilde 6, 7 ist eine (Abtriebs-)Welle 9 des Rotors drehbar gelagert, vorzugsweise mittels Wälzlagern 10, 1 1. Die eigentliche Temperiervorrichtung umfasst eine gewellte Kühlhülse 12 aus dünnwandigem Metallblech, welche Kühlhülse den Statorträger 5 in einem Abschnitt umgibt und die zwischen sich und dem Statorträger 5 einen ersten Strömungsraum SR1 für ein erstes Temperierfluid TF1 (z.B. Wasser-Glykol-Gemisch) ausbildet. Die Kühlhülse 12 liegt im Bereich ihrer Wellentäler 12a dichtend am Stator träger 5 an.
Der erste Strömungsraum SR1 umfasst auch den Bereich zwischen sowie Ausnehmun gen 13 in dem Lagerschild 7, die mit einem Blech 14 axial verschlossen sind, unterei nander aber in Fluidverbindung stehen. Der erste Strömungsraum SR1 zwischen Kühl hülse 12 und Statorträger 5 steht in fluidleitender Verbindung mit einem externen Wär metauscher 15. Bevorzugt gelangt das erste Temperierfluid TF1 von dem Wärmetau scher 15 gemäß dem strichpunktierten Pfeil (radial von außen) in den Bereich der Aus nehmungen 13 und von dort über einen axialen Durchbruch 7a in dem Lagerschild 7 in den Bereich zwischen Kühlhülse 12 und Statorträger 5, wo es letzteren zumindest teil weise umströmt. Von dort aus wird das erste Temperierfluid TF1 zu dem Wärmetau scher 15 zurückgeführt, was nicht detailliert dargestellt ist.
Weiterhin vorgesehen ist eine äußere Einhüllung 16, vorzugsweise aus einem (metalli schen) Gussmaterial, welche Einhüllung 16 die Kühlhülse 12 in einem Abschnitt umgibt und die zwischen sich und der Kühlhülse 12 einen zweiten Strömungsraum SR2 für ein zweites Temperierfluid TF2, vorzugsweise Öl, ausbildet. Der zweite Strömungsraum SR2 ist über weitere axiale Durchbrüche 7b, 7c in dem Lagerschild 7 fluidleitend mit dem Maschinen-Innenraum 8 verbunden, wie gezeigt. Die Verbindung ist geschaffen über ein axial angeordnetes Gehäuse 17 (Gehäusedeckel), welches ein auf dem Blech 14 angeordnetes Bauteil 18, vorzugsweise ein Leistungselektronik-Bauteil (z.B. Inver ter) abdeckt. Das Bauteil 18 ist von dem Temperierfluid TF2 umströmt. Über das Blech 14 steht das Bauteil 18 (auch) in Wärme leitendem Kontakt mit dem ersten Strömungs raum SR1 und dem ersten Temperierfluid TF1.
In dem Maschinen-Innenraum 8 teilt sich der Strom des zweiten Temperierfluids TF2 auf: ein erster Teilstrom TF2.1 strömt durch den Rotorspalt 4, ein zweiter Teilstrom TF2.2 durch die als Hohlwelle ausgebildete Welle 9. Auf dieser Welle 9 sitzt ein Pum penrad 19, welches als Umwälzeinrichtung für die Umwälzung des zweiten Temperier fluids TF2 sorgt. Es kann (alternativ oder zusätzlich) eine weitere, insbesondere von einer Drehung der Welle 9 unabhängige Umwälzeinrichtung vorgesehen sein, was nicht dargestellt ist. Die Welle 9 weist bei Bezugszeichen 9a Durchbrüche auf, über die der zweite Teilstrom TF2.2 wieder aus der (Hohl-)Welle 9 austreten kann, wie gezeigt.
Über einen stirnseitigen Kanal 20a gelangt das zweite Temperierfluid TF2 dann wieder in den Bereich zwischen äußerer Einhüllung 16 und Kühlhülse 12. Der Kanal 20a ist in einem Anschlussteil 20 angeordnet, welches Anschlussteil 20 den zweiten Strömungs raum SR2 nach außen verschließt und zum Anbringen des Lagerschilds 6 dient.
Bevorzugt strömt das zweite Temperierfluid TF2 nahe genug an den Lagern 10, 1 1 vor bei, um auch diese zu temperieren und ggf. zu schmieren.
Die Einhüllung 16 kann auch als Hohlzylinder, vorzugsweise als längsnahtgeschweißter Rohrabschnitt, ausgebildet sein. Des Weiteren kann sie radial nach innen vorsprin gende Sicken oder Dellen oder anderweitige Strukturen aufweisen, was in der Figur nicht gezeigt ist. Außerdem kann es zweckmäßig sein, wenn zwischen Kühlhülse 12 und Einhüllung 16 Elemente (nicht gezeigt) zur Verbesserung der Wärmeübertragung eingebracht sind, vorzugsweise wärmeleitend, höchst vorzugsweise stoffschlüssig an die Kühlhülse 12 angebunden.
Auch kann die Einhüllung 16 die Kühlhülse 12 punktuell berühren, insbesondere im Be reich der genannten Sicken oder Dellen oder anderweitigen Strukturen, vorzugsweise unter Vorspannung. Auch dies ist in der Figur nicht gezeigt.
In dem zweiten Strömungsraum SR2 kann ein (nicht gezeigtes) Heizelement zum Be heizen des zweiten Temperierfluids angeordnet sein.
Das zweite Temperierfluid TF2 strömt gemäß der Figur in einem geschlossenen Kreis lauf innerhalb der Temperiervorrichtung zwischen Maschinen-Innenraum 8 und zweitem Strömungsraum SR2 (über den Innenraum des Gehäuses 17 und durch die Durchbrü che/Kanäle 7b, 7c, 20a).
Zum Wärmetausch bezüglich des ersten Temperierfluids TF1 ist die Temperiervorrich tung bzw. die Maschine 1 mit einer außerhalb der Temperiervorrichtung angeordneten Wärmetauscheinrichtung (Wärmetauscher) 15 verbunden bzw. verbindbar, wie erwähnt. Die Wärmetauscheinrichtung beinhaltet auch die zugehörigen Förder- und Bevorra tungsmittel für das erste Temperierfluid TF1 , bei dem es sich bevorzugt - wie schon er wähnt - um Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung handelt.
Die Pfeile in der Figur 1 symbolisieren den Strom des zweiten Temperierfluids TF2; die Strömung des ersten Temperierfluids TF1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit zeichnerisch dargestellt. Figur 2 zeigt eine ähnliche Temperiervorrichtung bei einer elektrischen Maschine wie Figur 1 . Hier und im Folgenden wird deshalb nur auf die wesentlichen Unterschiede nä her eingegangen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder zumindest gleich wirkende Elemente. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht immer alle Elemente explizit (erneut) bezeichnet. Es darf insofern auf Figur 1 verwiesen werden.
In Figur 2 erfolgt ein Fluiddurchgang für das zweite Temperierfluid TF2 durch den Statorträger 5 (links, Durchbruch 5a) oder durch den Übergang Statorträger-Anschluss teil (rechts, Bezugszeichen 20, 20a). Die Kühlhülse (CSL) 12 ist gegenüber der Ausge staltung in Figur 1 axial verkürzt ausgebildet mit bevorzugt radialer Beschickung (nicht dargestellt) des Primärkühlfluids (erstes Temperierfluid TF1 , vgl. Figur 1 ).
Radial außerhalb an der Einhüllung 16 ist eine äußere zusätzliche Wärmequelle 21 an gebracht, z.B. eine Elektronikkomponente, die ganz oder auch nur teilweise umlaufend ausgebildet sein kann. Die Entwärmung erfolgt radial nach innen über die Einhüllung 16, wie dargestellt ( Q ). Zu diesem Zweck ist ein Wärmeübertragungselement 22 vor zugsweise stoffschlüssig im Inneren der Einhüllung 16 angebunden. Das Wärmeüber tragungselement 22 kann optional auch an der CSL 12 angebunden sein (nur rechts bei Bezugszeichen 22a dargestellt), und zwar elastisch vorgespannt oder durch Stoff schluss.
Optional kann insbesondere eine einstückige Ausführung eines Lagerschilds 6, 7 und der Einhüllung 16 vorgesehen sein (hier nicht dargestellt, vgl. Figur 7). Dies ist nicht auf die Ausgestaltung gemäß Figur 2 beschränkt. Dadurch lässt sich speziell eine Übernahme von Tragfunktionen (Festigkeit und Steifigkeit) erreichen. Außerdem kön nen Anschraubpunkte, Verrippungen für Steifigkeit und als Wärmeleitelemente, etc. di rekt im Gussmaterial der Einhüllung 16 (sofern entsprechend ausgebildet) ausgebildet werden (vgl. Figur 7).
Gemäß Figur 2 ist noch vorgesehen, dass ein Sekundärfluiddurchgang durch Kanäle 2a im Stator 2 bzw. durch entsprechende Statornuten erfolgt. Auch der Rotor 3 kann ent sprechend ausgebildet sein (nicht dargestellt).
In Figur 3 ist eine Variante mit schematisch dargestellter drehzahlunabhängiger Um wälzeinrichtung 23 gezeigt, die in den zweiten Strömungsraum zwischen Einhüllung 16 und Statorträger 5 angeordnet ist. Sie wird über einen weiteren radialen Durchbruch 5b des Statorträgers 5 mit dem zweiten Temperierfluid versorgt. Zusätzliche Abdichtele mente 24a, b sorgen für eine Abdichtung des Rotorspalts 4, um eine Aufheizung des Fluids durch Scherung zu vermeiden. Dieses Merkmal ist nicht auf die Ausgestaltung gemäß Figur 3 beschränkt, sofern die Kanäle 2a bzw. entsprechende Statornuten vor handen sind.
Das Wärmeleitelement bzw. Wärmeübertragungselement 22 ist zur Oberflächenvergrö ßerung und besseren Wärmeübertragung wärmeleitend an die Kühlhülse 12 angebun den.
Figur 4 zeigt eine Variante mit externer Umwälzeinrichtung 23‘ und weiterer Wärme quelle 25 (Fleizelement, nur schematisch dargestellt). Das Anschlussteil 20 weist ent sprechend zwei Kanäle 20b, c auf, um das zweite Temperierfluid aus dem Maschinen- Innenraum 8 (vgl. Figur 1 ) zu dem Fleizelement 25 und der Umwälzeinrichtung 23' und von dort in die Einhüllung 16 zu leiten.
Das Bauteil 18 bzw. die weitere Wärmequelle kann hier bzw. bei alle Ausführungsfor men auch ein zu kühlendes Getriebe sein, welches direkt axial über den Lagerschild 7 mit Sekundärfluid versorgt wird.
Die Ausführungsform gemäß Figur 5 ist ähnlich derjenigen in Figur 1 ausgeführt. Es handelt sich um eine Variante mit Elastomer-Entkopplung des Stators 2. Dazu ist die ser bei Bezugszeichen 26 rechts und links mittels jeweils eines Elastomerteils am La gerschild 7 bzw. am Anschlussteil 20 gelagert, welches Elastomerteil 26 bevorzugt aus NBR hergestellt ist. Das Elastomerteil besitzt eine Entkopplungs- und Dichtfunktion (letztere hinsichtlich des zweiten Temperierfluids).
Die Figur 6 zeigt eine Variante mit radialer Wickelkopfbenetzung durch die Rotorhohl welle 9. Die Wickelköpfe sind bei Bezugszeichen 2b gezeigt (und grundsätzlich bei al len Ausgestaltungen vorhanden). Dazu ist in Abwandlung der Figur 1 beiderseits des Rotors 3 auf der Welle 9 ein Pumpenrad 19 bzw. 19‘ angeordnet, welche als Umwälz einrichtung für die Umwälzung des zweiten Temperierfluids sorgen. Die Welle 9 weist beidseitig bei Bezugszeichen 9a, 9a‘ Durchbrüche auf, über die der zweite Teilstrom (vgl. Figur 1 ) wieder aus der (Hohl-)Welle 9 austreten kann, wie gezeigt. Die Pumpen räder 19, 19‘ können grundsätzlich entbehrlich sein, weil die (radiale) Fluidströmung auch durch Fliehkraft entstehen kann. Links in Figur 6 ist noch eine mögliche Entwärmung des Sekundärfluids über die im La gerschild 7 integrierten Primärkühlkanäle (Ausnehmungen 13; vgl. Figur 1 ) gezeigt. Dazu sind in dem Lagerschild 7 zusätzlich Durchbrüche 7d vorgesehen, die sich bis in den Bereich der Ausnehmungen 13 erstrecken.
Zuletzt zeigt Figur 7 eine Variante ähnlich der Ausgestaltung in Figur 5, mit Rippen 27 und Anschraubpunkten 28 an der hier einteilig mit dem Lagerschild 7 ausgebildeten Einhüllung 16. Der Ein- und Auslass 29 sorgt für die Zufuhr und Abfuhr des ersten
Temperierfluids zu den Ausnehmungen 13 im Lagerschild 7 zwecks gezielter Entwär mung des Bauteils 18. Von dort gelangt das genannte Fluid in den Bereich zwischen Kühlhülse 12 und Statorträger 5.

Claims

Ansprüche
1. Temperiervorrichtung bei einer elektrischen Maschine (1 ), welche Maschine (1 ) einen radial außenliegenden Stator (2) und einen radial innerhalb des Stators (2) angeordneten Rotor (3) aufweist, wobei zwischen Stator (2) und Rotor (3) ein um laufender Rotorspalt (4) ausgebildet ist, der Stator (2) von einen hülsenförmigen Statorträger (5) umgeben ist, und der Statorträger (5) stirnseitig durch jeweils ei nen Lagerschild (6, 7) verschlossen ist, sodass ein Maschinen-Innenraum (8) ge bildet ist, durch welche Lagerschilde (6, 7) eine Welle (9) des Rotors (3) drehbar gelagert ist, die Temperiervorrichtung aufweisend: eine Kühlhülse (12), welche Kühlhülse (12) den Statorträger (5) in einem Ab schnitt umgibt und die zwischen sich und dem Statorträger (5) einen ersten Strö mungsraum (SR1 ) für ein erstes Temperierfluid (TF1 ) ausbildet; eine äußere Einhüllung (16), welche Einhüllung (16) die Kühlhülse (12) in einem Abschnitt umgibt und die zwischen sich und der Kühlhülse (12) einen zweiten Strömungsraum (SR2) für ein zweites Temperierfluid (TF2) ausbildet; bei der der zweite Strömungsraum (SR2) fluidleitend mit dem Maschinen-Innen raum (8) verbunden ist.
2. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Kühlhülse (12) zumindest bereichsweise gewellt ausgebildet ist und vorzugsweise im Bereich ihrer Wellentäler (12a) an dem Statorträger (5) anliegt.
3. Temperiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der zweite Strömungsraum (SR2) fluidleitend mit dem Rotorspalt (4) ver bunden ist.
4. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Einhüllung (16) als Gussgehäuse ausgebildet ist, vorzugsweise einstü ckig mit einem der Lagerschilde (7).
5. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der Statorträger (5), Kühlhülse (12) und/oder wenigstens einer der Lager schilde (6) gegenüber der Einhüllung (16) körperschallentkoppelnd gelagert sind, vorzugsweise durch Einbringung eines Elastomerteils (26), höchst vorzugsweise aus NBR.
6. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Einhüllung (16) als Hohlzylinder, vorzugsweise als längsnahtge schweißter Rohrabschnitt, ausgebildet ist.
7. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Einhüllung (16) radial nach innen vorspringende Sicken oder Dellen oder anderweitige Strukturen (22) aufweist.
8. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der zwischen Kühlhülse (12) und Einhüllung (16) Elemente (22) zur Verbesse rung der Wärmeübertragung eingebracht sind, vorzugsweise wärmeleitend, höchst vorzugsweise stoffschlüssig, an die Kühlhülse (12) angebunden.
9. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Einhüllung (16) die Kühlhülse (12) punktuell berührt, insbesondere im Bereich der Sicken oder Dellen oder anderweitigen Strukturen (22) gemäß An spruch 7, vorzugsweise unter Vorspannung.
10. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der in dem zweiten Strömungsraum (SR2) als das zweite Temperierfluid (TF2) ein Gas oder eine Flüssigkeit enthalten ist, vorzugsweise mit dielektrischen Ei genschaften, höchst vorzugsweise Luft oder Öl.
11. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Rotorwelle (9) eine Hohlwelle ist, durch die zumindest ein Teil (TF2.2) des zweiten Temperierfluids (TF2) geführt oder führbar ist.
12. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , bei der wenigstens einer der Lagerschilde (7) wenigstens einen Durchbruch (7c, 7d) aufweist zum Hindurchleiten des zweiten Temperierfluids in den Maschinen- Innenraum (8) oder aus dem Maschinen-Innenraum (8).
13. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der ein Strömungsweg für das zweite Temperierfluid (TF2) zwischen Einhül lung (16) und Maschinen-Innenraum (8) gebildet ist durch ein an die Maschine (1 ) angesetztes Gehäuseteil (17), vorzugsweise axial oder radial.
14. Temperiervorrichtung nach Anspruch 13, bei der in dem Gehäuseteil (17) wenigstens ein zu temperierendes Bauteil (18), insbesondere eine Elektronikkomponente, angeordnet ist.
15. Temperiervorrichtung nach Anspruch 14, bei der das Bauteil (18) wärmeleitend mit dem ersten Strömungsraum (SR1 ) ver bunden ist, vorzugsweise über wenigstens eine Ausnehmung (13) in einem der Lagerschilde (7).
16. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der ein Strömungsweg für das zweite Temperierfluid (TF2) zwischen Einhül lung (16) und Maschinen-Innenraum (8) durch wenigstens ein in wenigstens ei nem der Lagerschilde (6, 7) angeordnetes Lager (10, 1 1 ), vorzugsweise Wälzla ger, oder nah an diesem Lager (10, 1 1 ) vorbei geführt ist.
17. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einer Umwälzeinrichtung für das zweite Temperierfluid (TF2).
18. Temperiervorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Umwälzeinrichtung wenigstens ein Pumpenrad (19, 19‘), vorzugsweise Kreiselpumpenrad, zum Fördern des zweiten Temperierfluids (TF2) aufweist.
19. Temperiervorrichtung nach Anspruch 18, bei der das Pumpenrad (19, 19‘) auf der Rotorwelle (9) angeordnet ist.
20. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der die Umwälzeinrichtung zusätzlich oder alternativ ein von ei ner Rotordre hung unabhängiges Fördermittel (23, 23‘) aufweist.
21. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei der in oder in Wirkverbindung mit dem zweiten Strömungsraum (SR2) ein Heizelement (25) zum Beheizen des zweiten Temperierfluids (TF2) angeordnet ist.
22. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , bei der das zweite Temperierfluid (TF2) in einem geschlossenen Kreislauf inner halb der Temperiervorrichtung zwischen Maschinen-Innenraum (8) und zweitem Strömungsraum (SR2) geführt ist.
23. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, die zum Wärmetausch bezüglich des ersten Temperierfluids (TF1 ) mit einer au ßerhalb der Temperiervorrichtung angeordneten Wärmetauscheinrichtung (15) verbunden oder verbindbar ist.
24. Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei der das erste Temperierfluid (TF1 ) Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung ist.
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