WO2023052115A1 - Electric machine - Google Patents

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WO2023052115A1
WO2023052115A1 PCT/EP2022/075286 EP2022075286W WO2023052115A1 WO 2023052115 A1 WO2023052115 A1 WO 2023052115A1 EP 2022075286 W EP2022075286 W EP 2022075286W WO 2023052115 A1 WO2023052115 A1 WO 2023052115A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mass flow
cooling
electrical machine
angle
partial mass
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/075286
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Kuehnemund
Theresa Sophia BOETTINGER
Thomas Mueller
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023052115A1 publication Critical patent/WO2023052115A1/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine with a system housing and a stator housing, between which runs at least one cooling channel for cooling the stator housing of the electrical machine and through which a cooling medium flows. This enters the at least one cooling channel at an inlet and leaves it at an exit point. Furthermore, the invention relates to the use of the electrical machine to drive an electrically powered passenger car or a light commercial vehicle.
  • DE 10 2018 200365 A1 relates to a cooling unit for cooling an electrical machine with a cylindrical cooling jacket and a cooling channel formed in the cooling jacket.
  • the cooling channel is formed on an outer surface of a cooling jacket.
  • DE 10 2018 008 209 A1 discloses an electrical machine with a housing and a casing concentrically enclosing the housing.
  • An annular, essentially liquid-tightly sealed cooling jacket through which a coolant can flow is proposed. Viewed in the axial direction, this comprises coolant channels which are arranged next to one another and extend in the circumferential direction of the housing.
  • DE 10 2010 029 986 A1 relates to an electrical machine with a housing in which a stator and a rotor are arranged.
  • the rotor is surrounded by the stator, wherein the housing comprises an outer shell and a spaced-apart from the stator-facing inner shell.
  • the cooling medium flows into a cooling channel at an inlet socket and out again at an outlet socket opposite the inlet socket. In this way, the cooling water is routed around both sides of the electric machine.
  • Interlocking ribs on an inner part of the stator housing and ribs designed to be complementary thereto on an outer part of a system housing ensure that the flow is influenced and the cooling effect is improved. The aim is to achieve the most uniform possible flow around the outer surface of the electrical machine.
  • the inlet connection and the outlet connection are arranged offset from one another by 180° in order to achieve uniform cooling on both sides.
  • customer requirements regarding the position of the outlet or due to venting measures it is generally not possible to position the inlet and outlet connectors offset by essentially 180°.
  • the overall cooling capacity for the electric machine drops considerably.
  • the basic contours of the system and stator housing are generally cylindrical in the axial direction - without considering cooling ribbing and cooling ribs. The height of the cooling channel is constant in the entire cooling area.
  • the channel height between the stator housing and the system housing can vary greatly. This in turn leads to a high scattering of the cooling performance and is accompanied by pressure losses. If the height of the cooling channel is too low, the pressure losses and the cooling capacity increase significantly.
  • an electrical machine is proposed with a system housing and a stator housing, between which at least one Cooling channel for cooling the stator housing of the electric machine runs and is flowed through by a cooling medium which enters the at least one cooling channel at an inlet and leaves it again at an outlet.
  • a cooling medium which enters the at least one cooling channel at an inlet and leaves it again at an outlet.
  • an inflow angle ß and an outlet angle y are selected in such a way that a total mass flow M of the cooling medium is divided into a first partial mass flow Mi and a second partial mass flow M2 is divided.
  • the selected inflow geometry or the selected inflow angle ensures that a hydraulic short circuit does not occur and, in particular, that a first partial mass flow Mi and a second partial mass flow M2 flow around the stator housing of the electric machine.
  • the two partial mass flows are advantageously divided in such a way that the larger of the two partial mass flows, namely the first partial mass flow Mi, wets the larger wetting surface on the circumference of the stator housing, while the second partial mass flow M2 flows around the smaller wetting surface of the stator housing.
  • the solution proposed according to the invention results in uniform, homogeneous cooling of the stator housing of the electrical machine when it is being cooled.
  • the inflow angle ⁇ and the outflow angle ⁇ are differential angles, based on the ideal radial alignment.
  • the first partial mass flow is
  • M total mass flow of cooling medium.
  • M total mass flow of cooling medium.
  • the total mass flow M of the cooling medium is divided along the circumference of the stator housing in such a way that homogeneous cooling, i. H. cooling of the electrical machine that extends uniformly over the circumference of the stator housing can be achieved. Due to its longer wetting path and its dimensioning, the first partial mass flow Mi dissipates a larger part of the waste heat of the electrical machine than the remaining, second partial mass flow M2, which is not only dimensioned smaller in terms of the flow volume of the cooling medium, but also flows over a smaller wetting surface of the stator housing.
  • the first partial mass flow Mi advantageously heats a first wetting surface of the stator housing, which is larger than a second wetting surface of the stator housing, which is heated by the second partial mass flow M2 of the cooling medium.
  • the entry angle ⁇ and the exit angle ⁇ are in the range between ⁇ 90° and +90°.
  • an opening angle of a conicity of the at least one cooling channel is ⁇ 5°.
  • the variable height profile of the at least one cooling channel runs from a transmission side of the stator housing to an electrical machine side of the stator housing. Accordingly, the at least one cooling duct has a minimum duct height on the transmission side, while a maximum duct height is implemented on the e-machine side of the stator housing.
  • the stator housing is advantageously cooled by the first partial mass flow Mi and the second partial mass flow M2 of the cooling medium flowing around it in a homogeneous manner, with the first partial mass flow Mi and the second partial mass flow M2 of the cooling medium being the at least one Flow through cooling channel opposite to each other.
  • the invention relates to the use of the electric machine to drive an electrically powered passenger car or to drive a light, electrically powered commercial vehicle.
  • the solution proposed according to the invention makes it possible to achieve improved homogenization of the flow around the outer surface of the electric machine by appropriate adjustment of the inflow direction and outflow direction.
  • the homogenization of the heat dissipation is also significantly supported by the fact that the at least one cooling duct, which is formed between the inside of the system housing and the outside of the stator housing of the electrical machine, essentially has a conical basic shape. This allows a significant reduction in sensitivity to be achieved, for example due to geometric tolerances.
  • the positions of inlet connectors and outlet connectors can be implemented according to customer requirements. Since no additional components are required in the solution proposed according to the invention, cost savings can be achieved. For the appropriate positioning of the exit position in the customer's desired area, no additional components, such as tubing, are required in the solution proposed according to the invention; instead, the outlet nozzle is geometrically shifted according to customer requirements.
  • improved ventilation of the at least one cooling duct can be achieved by the solution proposed according to the invention, for example by skillful selection of the outlet position, which is typically carried out at the highest point, regardless of the position of the inlet. This allows Additional measures to ensure ventilation, for example in the form of a vent valve, are avoided.
  • the solution proposed according to the invention makes it possible to achieve an optimal distribution of the total mass flow M of the cooling medium in order to achieve a uniform cooling capacity and temperature distribution over the circumference of the stator housing.
  • the conical basic shape of the at least one cooling channel between the inside of the system housing and the outside of the stator housing significantly reduces the influence of manufacturing tolerances, in particular their effects on the cooling capacity.
  • Figures 1.1 and 1.2 A distribution of a flow of a cooling medium in a cooling channel whose inlet and outlet are offset by 180 °,
  • Figure 2.2 a cooling channel between the system housing and the stator housing of an electrical machine with a constant height
  • FIG. 3 shows the representation of the spread angle a proposed according to the invention between the inlet and outlet of the cooling medium and the first and second partial mass flows Mi and M 2 that occur,
  • FIG. 4 shows a section through the system housing of the electric machine and its stator housing as well as between them resulting, at least one cooling channel, which is manufactured in a conicity and
  • FIG. 5 shows the partial volume flows Mi and M2 that are set up along the circumference of the stator housing.
  • FIG. 1.1 shows an electrical machine 10 in whose system housing 12 there is an inlet 14 and an outlet 16 for a cooling medium which is arranged at a 180° offset 20 relative thereto. According to Figure 1.2, this results in a uniform volume flow distribution 18 or mass flow distribution 18 through both halves of the system housing 12.
  • FIG. 2.1 shows the occurrence of a hydraulic short circuit 32 with a corresponding positioning of the inlet 14 and the outlet 16 of the cooling medium relative to one another. According to FIG. 2.1, only a small partial mass flow of the cooling medium gets into the at least one cooling channel 28, which extends between a ribbing 22 of the system housing 12 and a ribbing 26 of the stator housing 24.
  • Figure 2.2 shows a section through the system housing and the stator housing of an electrical machine, which shows that the at least one cooling channel 28, which extends between the system housing 12 and the stator housing 24, has a constant height when viewed in the axial direction.
  • FIG. 3 shows a cross section through an electrical machine 10 which includes a system housing 12 which encloses a stator housing 24 .
  • the cooling medium is fed into the at least one cooling channel 28 via the inlet 14 .
  • This includes a connecting piece 52.
  • the cooling system also includes a line 54 through which the cooling medium is supplied to the inlet 14.
  • the representation according to Figure 3 shows that the at least one cooling duct 28 between the system housing 12 and the stator housing 24 is formed on the one hand by ribbing 22 on the inside of the system housing 12 and on the other hand by the ribbing 26 on the outside of the stator housing 24.
  • the cooling medium supplied to the inlet 14 via the connecting piece 52 circulates through the at least one cooling channel 28 formed in this way.
  • the angle of spread a 44 is in the range between 90° and 100°.
  • the angle of spread a 44 could also be smaller or larger than shown, depending on how the inlet 14 and the outlet 16 are to be positioned, which in turn is specified by the customer.
  • reference numerals 50 indicate ideal radial alignments.
  • the inlet 14 and the outlet 16 are positioned in relation to the ideal radial alignments 50 .
  • an inflow angle ⁇ 46 is shown. This is between ⁇ 90° and +90° in relation to the ideal radial alignment 50.
  • the outlet 16 is oriented around the outflow angle y 48 in relation to the ideal radial alignment 50, as shown in FIG.
  • corresponding inflow angles ß 46 and outflow angles y 48 can be realized.
  • the spread angle a 44 shown here which is between 90° and 100°, results in different mass flows in relation to the cooling medium.
  • Cooling medium flows in via at least one cooling channel 28 via the connecting piece 52 in the area of the inlet 14 .
  • the total mass flow M (cf. position 90 in FIG. 5) is divided within the at least one cooling channel 28 into a first partial mass flow Mi 76 and a second partial mass flow M2 78.
  • the representation according to FIG. 3 shows that the first partial mass flow Mi 76 of the cooling medium wets a first wetting surface 40 in the circumferential direction and thus cools it.
  • the second partial mass flow M2 78 of the cooling medium flows in the opposite direction to the flow direction of the first partial mass flow Mi 76 within the at least one cooling channel 28.
  • the two partial mass flows of the cooling medium Mi 76 and M2 78 flow to the outlet 16 and leave the at least one cooling channel at this point correspondingly heated 28 between the system housing 12 and the stator housing 24 of the electrical machine 10.
  • FIG. 3 shows that the larger first partial mass flow Mi 76 heats a larger first wetting surface 40 in the circumferential direction compared to the second wetting surface 42 in the circumferential direction, which is cooled by the second partial mass flow M2 78 of the cooling medium.
  • the inflow proposed according to the invention given by the inflow angle ⁇ 46 or the outflow angle y 48, allows a targeted, optimal distribution of the two partial mass flows Mi 76 and M2 78 in relation to the circumferential surface of the stator housing 24 of the electrical machine 10 to be cooled.
  • the sectional view according to FIG. 4 shows that the stator housing 24 is surrounded by the system housing 12 of the electrical machine 10 .
  • a stator 66 of the electrical machine 10 is arranged inside the stator housing 24 .
  • a transmission side of both the system housing 12 and the stator housing 24 is identified by item 56 while an electric machine side 58 denotes the opposite end side of both the system housing 12 and the stator housing 24 of the electric machine 10 .
  • the system housing 12 and the stator housing 24 are designed essentially symmetrically to an axis of symmetry 64 .
  • a bearing 60 is shown in the stator housing 24, in which the rotor, not shown here, of the electric machine 10 is mounted on the electric machine side 58.
  • On the opposite gear side 56 the in Figure 4 not shown rotor of the electrical machine 10 mounted in a bearing 62.
  • FIG. 4 shows that in the solution proposed according to the invention, the at least one cooling channel 28 extends in a conicity 68 between the stator housing 24 and the system housing 12 .
  • the conicity 68 is given by the opening angle 70, which is ⁇ 5°.
  • the sectional view according to FIG. 4 shows that, seen in the axial direction 74 , starting from the transmission side 56 to the electric machine side 58 , the at least one cooling duct 28 widens continuously. While the conical height profile 72 in the axial direction 74 on the transmission side 56 is characterized by a minimum channel height 84 , viewed in the axial direction 74 this transitions from the minimum channel height 84 to the maximum channel height 82 on the electric machine side 58 .
  • the solution proposed according to the invention results in a variable channel height 80 seen in the axial direction 74 , which increases continuously starting from the transmission side 56 in the direction of the electric machine side 58 .
  • FIG. 5 shows that a total mass flow M 90 of the cooling medium enters the at least one cooling channel 28 between the system housing 12 and the stator housing 24 through the inlet 14 .
  • an inflow angle ß 46 is set on the side of the inlet 14 in relation to the ideal radial alignment 50
  • an outflow angle y 48 on the side of the outlet 16 also in relation to the ideal radial alignment 50.
  • FIG. 5 shows a spread angle a 44 which lies between 90° and 100°.
  • the total mass flow M 90 of the cooling medium is divided into the first partial mass flow Mi 76 and the second partial mass flow M2 78 .
  • the partial mass flow is Mi 76 while the smaller, second partial mass flow M2 78 amounts to
  • the two partial mass flows of the cooling medium Mi 76 and M2 78 each sweep over the first wetting surface 40, which is larger than the second wetting surface 42 wetted by the second partial mass flow M2 78, viewed in the circumferential direction of the stator housing 24.
  • the solution proposed according to the invention makes it possible to achieve an even distribution of the flow of cooling water over both sides in the circumferential direction along the stator housing 24, regardless of the position of the inlet 14 and the outlet 16 and of the geometric tolerance position between the system housing 12 and the stator housing 24. This ensures that the stator housing 24 is heated evenly in order to bring about an optimal cooling effect.
  • the solution proposed according to the invention makes it possible to dispense with the installation of additional components. Following the solution proposed according to the invention, a homogeneous temperature field is established, which is achieved by the two partial mass flows Mi 76 and M2 78, which flow in opposite directions to one another.
  • the inflow angle ⁇ 46 and the outflow angle y 48 are specifically selected.
  • Typical inflow angles ⁇ 46 and outflow angles ⁇ 48 can be in the range of -90° and +90°, depending on the position of the inlet 14 and the outlet 16 .
  • the solution proposed according to the invention also takes into account geometric tolerances in relation to the mass flow distribution and thus to the cooling capacity.
  • the basic shape of the at least one cooling channel 28, which runs between the inside of the system housing 12 and the outside of the stator housing 24, is not cylindrical but conical.
  • the cooling medium in particular when the at least one cooling channel 28 is relatively small, can escape into the areas in which the conicity 68 means that the channel height is greater.
  • Typical opening angles 70 in relation to the conicity 68 are in the range of ⁇ 5° and can be different, for example Manufacturing technologies and processing of the system housing 12 and the stator housing 24 can be achieved.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to an electric machine (10) comprising a system housing (12) and a stator housing (24), between which at least one cooling channel (28) runs for removing heat from the stator housing (24) of the electric machine (10). A cooling medium flows through the cooling channel, and the cooling medium enters the at least one cooling channel (28) at an inlet (14) and exits the cooling channel at an outlet (16). An inflow angle β (46) and an outflow angle γ (48) are selected on the basis of a spread angle α (44) between the inlet (14) and the outlet (16) of the at least one cooling channel (28), which has a variable height curve (72) when viewed in the axial direction (74), such that a total mass flow Ṁ (90) of the cooling medium is divided into a first sub-mass flow Ṁ1 (76) and a second sub-mass flow Ṁ2 (78). The invention additionally relates to the use of the electric machine (10) for driving an electrically driven passenger vehicle or a lightweight utility vehicle.

Description

Titel title
Elektrische Maschine electrical machine
Technisches Gebiet technical field
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem Systemgehäuse und einem Statorgehäuse, zwischen denen mindestens ein Kühlkanal zur Entwärmung des Statorgehäuses der elektrischen Maschine verläuft und der von einem Kühlmedium durchströmt ist. Dieses tritt an einem Zulauf in den mindestens einen Kühlkanal ein und verlässt diesen an einem Austrittspunkt. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Personenkraftwagens oder eines leichten Nutzfahrzeugs. The invention relates to an electrical machine with a system housing and a stator housing, between which runs at least one cooling channel for cooling the stator housing of the electrical machine and through which a cooling medium flows. This enters the at least one cooling channel at an inlet and leaves it at an exit point. Furthermore, the invention relates to the use of the electrical machine to drive an electrically powered passenger car or a light commercial vehicle.
Stand der Technik State of the art
DE 10 2018 200365 Al bezieht sich auf eine Kühleinheit zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit einem zylindrischen Kühlmantel und einem im Kühlmantel ausgebildeten Kühlkanal. Der Kühlkanal ist an einer äußeren Fläche eines Kühlmantels ausgeführt. DE 10 2018 200365 A1 relates to a cooling unit for cooling an electrical machine with a cylindrical cooling jacket and a cooling channel formed in the cooling jacket. The cooling channel is formed on an outer surface of a cooling jacket.
DE 10 2018 008 209 Al offenbart eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse sowie einen das Gehäuse konzentrisch umschließenden Mantel. Es wird ein ringförmiger, im Wesentlichen flüssigkeitsdicht abgeschlossener und von einem Kühlmittel durchströmbarer Kühlmantel vorgeschlagen. Dieser umfasst in axialer Richtung gesehen nebeneinanderliegend angeordnete und sich in Umfangsrichtung des Gehäuses erstreckende Kühlmittelkanäle. DE 10 2018 008 209 A1 discloses an electrical machine with a housing and a casing concentrically enclosing the housing. An annular, essentially liquid-tightly sealed cooling jacket through which a coolant can flow is proposed. Viewed in the axial direction, this comprises coolant channels which are arranged next to one another and extend in the circumferential direction of the housing.
DE 10 2010 029 986 Al hat eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse zum Gegenstand, in welchem ein Stator und ein Rotor angeordnet sind. Der Rotor ist vom Stator umgeben, wobei das Gehäuse einen Außenmantel und einen davon beabstandeten zum Stator weisenden Innenmantel umfasst. DE 10 2010 029 986 A1 relates to an electrical machine with a housing in which a stator and a rotor are arranged. The rotor is surrounded by the stator, wherein the housing comprises an outer shell and a spaced-apart from the stator-facing inner shell.
Bei elektrischen Maschinen strömt das Kühlmedium an einem Eintrittsstutzen in einen Kühlkanal ein und an einem dem Eintrittsstutzen gegenüberliegenden Austrittsstutzen wieder aus. Auf diese Weise wird das Kühlwasser um beide Seiten der elektrischen Maschine herumgeleitet. Ineinandergreifende Rippen eines Innenteils des Statorgehäuses und an einem Außenteil eines Systemgehäuses dazu komplementär ausgebildete Rippen sorgen für eine Strömungsbeeinflussung und eine Verbesserung der Kühlwirkung. Ziel ist es, eine möglichst gleichmäßige Umströmung der Außenfläche der elektrischen Maschine zu erzielen. In electrical machines, the cooling medium flows into a cooling channel at an inlet socket and out again at an outlet socket opposite the inlet socket. In this way, the cooling water is routed around both sides of the electric machine. Interlocking ribs on an inner part of the stator housing and ribs designed to be complementary thereto on an outer part of a system housing ensure that the flow is influenced and the cooling effect is improved. The aim is to achieve the most uniform possible flow around the outer surface of the electrical machine.
Idealerweise sind der Einlassstutzen sowie der Auslassstutzen zur Erreichung einer gleichmäßigen Kühlung beider Seiten um 180° zueinander versetzt angeordnet. Durch Limitierungen aufgrund von Einbauraumsituation, Kundenwünschen bezüglich der Position des Auslasses oder aufgrund von Entlüftungsmaßnahmen ist es in der Regel jedoch nicht möglich, eine um im Wesentlichen 180° versetzte Positionierung von Einlass- und Auslassstutzen zu realisieren. Dadurch kommt es zu einem hydraulischen Kurzschluss, wodurch das Kühlwasser vom Einlass direkt in den Auslass strömt und nicht mehr für die Kühlung der elektrischen Maschine zur Verfügung steht. Aufgrund dessen sinkt die Gesamtkühlleistung für die elektrische Maschine erheblich ab. Des Weiteren werden Grundkonturen - ohne Betrachtung von Kühlverrippungen und Kühlrippen - von System und Statorgehäuse in axialer Richtung in der Regel zylindrisch ausgeführt. Dabei ist die Höhe des Kühlkanals im gesamten Kühlbereich konstant. Aufgrund von sich einstellenden Fertigungstoleranzen kann jedoch die Kanalhöhe zwischen Statorgehäuse und Systemgehäuse stark variieren. Dies wiederum führt zu einer hohen Streuung der Kühlleistung und geht mit sich einstellenden Druckverlusten einher. Eine zu geringe Höhe des Kühlkanals erhöht die Druckverluste und die Kühlleistung signifikant. Ideally, the inlet connection and the outlet connection are arranged offset from one another by 180° in order to achieve uniform cooling on both sides. However, due to limitations due to the installation space situation, customer requirements regarding the position of the outlet or due to venting measures, it is generally not possible to position the inlet and outlet connectors offset by essentially 180°. This leads to a hydraulic short circuit, which means that the cooling water flows from the inlet directly into the outlet and is no longer available for cooling the electric machine. As a result, the overall cooling capacity for the electric machine drops considerably. Furthermore, the basic contours of the system and stator housing are generally cylindrical in the axial direction - without considering cooling ribbing and cooling ribs. The height of the cooling channel is constant in the entire cooling area. Due to manufacturing tolerances that occur, however, the channel height between the stator housing and the system housing can vary greatly. This in turn leads to a high scattering of the cooling performance and is accompanied by pressure losses. If the height of the cooling channel is too low, the pressure losses and the cooling capacity increase significantly.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen mit einem Systemgehäuse und einem Statorgehäuse, zwischen welchen mindestens ein Kühlkanal zur Entwärmung des Statorgehäuses der elektrischen Maschine verläuft und der von einem Kühlmedium durchströmt ist, welches an einem Zulauf in den mindestens einen Kühlkanal eintritt und diesen an einem Austritt wieder verlässt. Abhängig vom Spreizungswinkel a zwischen dem Zulauf und dem Austritt des mindestens einen Kühlkanals, der in Axialrichtung gesehen einen variablen Höhenverlauf umfasst, sind ein Einströmwinkel ß und ein Austrittswinkel y derart gewählt, dass ein Gesamtmassenstrom M des Kühlmediums in einen ersten Teilmassenstrom Mi und einen zweiten Teilmassenstrom M2 aufgeteilt ist. According to the invention, an electrical machine is proposed with a system housing and a stator housing, between which at least one Cooling channel for cooling the stator housing of the electric machine runs and is flowed through by a cooling medium which enters the at least one cooling channel at an inlet and leaves it again at an outlet. Depending on the angle of spread a between the inlet and the outlet of the at least one cooling channel, which comprises a variable height profile when viewed in the axial direction, an inflow angle ß and an outlet angle y are selected in such a way that a total mass flow M of the cooling medium is divided into a first partial mass flow Mi and a second partial mass flow M2 is divided.
Aufgrund der gewählten Einströmgeometrie beziehungsweise des gewählten Einströmwinkels ist sichergestellt, dass ein hydraulischer Kurzschluss unterbleibt und insbesondere das Statorgehäuse der elektrischen Maschine von einem ersten Teilmassenstrom Mi und einem zweiten Teilmassenstrom M2 umströmt wird. Die beiden Teilmassenströme sind in vorteilhafter Weise so aufgeteilt, dass der größere der beiden Teilmassenströme, nämlich der erste Teilmassenstrom Mi die größere Benetzungsfläche am Umfang des Statorgehäuses benetzt, während der zweite Teilmassenstrom M2 die kleinere Benetzungsfläche des Statorgehäuses umströmt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ergibt sich eine gleichmäßige, homogene Entwärmung des Statorgehäuses der elektrischen Maschine bei deren Kühlung. The selected inflow geometry or the selected inflow angle ensures that a hydraulic short circuit does not occur and, in particular, that a first partial mass flow Mi and a second partial mass flow M2 flow around the stator housing of the electric machine. The two partial mass flows are advantageously divided in such a way that the larger of the two partial mass flows, namely the first partial mass flow Mi, wets the larger wetting surface on the circumference of the stator housing, while the second partial mass flow M2 flows around the smaller wetting surface of the stator housing. The solution proposed according to the invention results in uniform, homogeneous cooling of the stator housing of the electrical machine when it is being cooled.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine sind der Einströmwinkel ß und der Ausströmwinkel y Differenzwinkel, bezogen auf die ideale radiale Ausrichtung. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine beträgt der erste Teilmassenstrom In a further development of the electrical machine proposed according to the invention, the inflow angle β and the outflow angle γ are differential angles, based on the ideal radial alignment. In a further advantageous embodiment of the electrical machine proposed according to the invention, the first partial mass flow is
Mi wed
1 = — M mit 360° a = Spreizungswinkel, 1 = — M with 360° a = spread angle,
M = Gesamtmassenstrom Kühlmedium. M = total mass flow of cooling medium.
Des Weiteren ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrische Maschine hinsichtlich ihrer Kühlung so ausgebildet, dass der zweite Teilmassenstrom
Figure imgf000005_0001
beträgt mit a = Spreizungswinkel,
Furthermore, the electric machine proposed according to the invention is designed in terms of its cooling in such a way that the second partial mass flow
Figure imgf000005_0001
is with a = angle of spread,
M = Gesamtmassenstrom Kühlmedium. M = total mass flow of cooling medium.
Durch die beiden unterschiedlich dimensionierten Teilmassenströme Mi und M2 wird eine Aufteilung des Gesamtmassenstroms M des Kühlmediums entlang des Umfangs des Statorgehäuses derart aufgeteilt, dass sich eine homogene Entwärmung, d. h. eine gleichmäßig über den Umfang des Statorgehäuses erstreckende Entwärmung der elektrischen Maschine erreichen lässt. Der erste Teilmassenstrom Mi führt aufgrund seines längeren Benetzungswegs und seiner Dimensionierung einen größeren Teil der Abwärme der elektrischen Maschine ab als der verbliebene, zweite Teilmassenstrom M2, der nicht nur hinsichtlich des Strömungsvolumens des Kühlmediums geringer bemessen ist, sondern auch eine geringere Benetzungsfläche des Statorgehäuses überströmt. Due to the two differently dimensioned partial mass flows Mi and M2, the total mass flow M of the cooling medium is divided along the circumference of the stator housing in such a way that homogeneous cooling, i. H. cooling of the electrical machine that extends uniformly over the circumference of the stator housing can be achieved. Due to its longer wetting path and its dimensioning, the first partial mass flow Mi dissipates a larger part of the waste heat of the electrical machine than the remaining, second partial mass flow M2, which is not only dimensioned smaller in terms of the flow volume of the cooling medium, but also flows over a smaller wetting surface of the stator housing.
In vorteilhafter Weise entwärmt der erste Teilmassenstrom Mi eine erste Benetzungsfläche des Statorgehäuses, die größer ist als eine zweite Benetzungsfläche des Statorgehäuses, die durch den zweiten Teilmassenstrom M2 des Kühlmediums entwärmt wird. The first partial mass flow Mi advantageously heats a first wetting surface of the stator housing, which is larger than a second wetting surface of the stator housing, which is heated by the second partial mass flow M2 of the cooling medium.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine liegen der Eintrittswinkel ß und der Austrittswinkel y im Bereich zwischen -90° und +90°. In the electrical machine proposed according to the invention, the entry angle β and the exit angle γ are in the range between −90° and +90°.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine beträgt ein Öffnungswinkel einer Konizität des mindestens einen Kühlkanals < 5°. Durch die Fertigung des mindestens einen Kühlkanals in der angegebenen Konizität kann in fertigungstechnisch einfacher Weise eine zu starke Verengung des Kühlkanals und damit ein sich einstellender Druckverlust vermieden werden. In an advantageous development of the electrical machine proposed according to the invention, an opening angle of a conicity of the at least one cooling channel is <5°. By manufacturing the at least one cooling channel with the specified taper, an excessive narrowing of the cooling channel and thus a pressure loss that occurs can be avoided in a simple manner in terms of manufacturing technology.
In vorteilhafter Weiterbildung der elektrischen Maschine verläuft der variable Höhenverlauf des mindestens einen Kühlkanals, ausgehend von einer Getriebeseite des Statorgehäuses zu einer E-Maschinenseite des Statorgehäuses. Demzufolge weist der mindestens eine Kühlkanal an der Getriebeseite eine minimale Kanalhöhe auf, während an der E-Maschinenseite des Statorgehäuses eine maximale Kanalhöhe ausgeführt ist. In vorteilhafter Weise erfolgt bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine die Entwärmung des Statorgehäuses durch dessen Umströmung mit dem ersten Teilmassenstrom Mi und dem zweiten Teilmassentrom M2 des Kühlmediums auf homogene Art und Weise, wobei der erste Teilmassenstrom Mi und der zweite Teilmassenstrom M2 des Kühlmediums den mindestens einen Kühlkanal entgegengesetzt zueinander durchströmen. In an advantageous development of the electrical machine, the variable height profile of the at least one cooling channel runs from a transmission side of the stator housing to an electrical machine side of the stator housing. Accordingly, the at least one cooling duct has a minimum duct height on the transmission side, while a maximum duct height is implemented on the e-machine side of the stator housing. In the electrical machine proposed according to the invention, the stator housing is advantageously cooled by the first partial mass flow Mi and the second partial mass flow M2 of the cooling medium flowing around it in a homogeneous manner, with the first partial mass flow Mi and the second partial mass flow M2 of the cooling medium being the at least one Flow through cooling channel opposite to each other.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der elektrischen Maschine zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Personenkraftwagens oder zum Antrieb eines leichten elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugs. Furthermore, the invention relates to the use of the electric machine to drive an electrically powered passenger car or to drive a light, electrically powered commercial vehicle.
Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine verbesserte Homogenisierung der Umströmung der Außenfläche der elektrischen Maschine durch entsprechende Anpassung von Einströmrichtung und Ausströmrichtung erreichen. Die Homogenisierung der Entwärmung wird zudem dadurch signifikant unterstützt, dass der mindestens eine Kühlkanal, der zwischen der Innenseite des Systemgehäuses und der Außenseite des Statorgehäuses der elektrischen Maschine ausgebildet ist, im Wesentlichen eine konische Grundform aufweist. Dadurch lässt sich eine erhebliche Verringerung der Sensitivität, zum Beispiel aufgrund geometrischer Toleranzen erreichen. Des Weiteren lassen sich durch die Verwirklichung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Positionen von Einlassstutzten und Auslassstutzen gemäß Kundenwünschen realisieren. Da bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind, lässt sich eine Kosteneinsparung verwirklichen. Zur entsprechenden Positionierung der Austrittsposition im Wunschbereich des Kunden sind bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung keine zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise eine Verschlauchung erforderlich; stattdessen erfolgt eine geometrische Verschiebung des Austrittsstutzens nach Kundenwunsch. The solution proposed according to the invention makes it possible to achieve improved homogenization of the flow around the outer surface of the electric machine by appropriate adjustment of the inflow direction and outflow direction. The homogenization of the heat dissipation is also significantly supported by the fact that the at least one cooling duct, which is formed between the inside of the system housing and the outside of the stator housing of the electrical machine, essentially has a conical basic shape. This allows a significant reduction in sensitivity to be achieved, for example due to geometric tolerances. Furthermore, by implementing the solution proposed according to the invention, the positions of inlet connectors and outlet connectors can be implemented according to customer requirements. Since no additional components are required in the solution proposed according to the invention, cost savings can be achieved. For the appropriate positioning of the exit position in the customer's desired area, no additional components, such as tubing, are required in the solution proposed according to the invention; instead, the outlet nozzle is geometrically shifted according to customer requirements.
Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine verbesserte Entlüftung des mindestens einen Kühlkanals erfolgen, etwa durch geschickte Wahl der Auslassposition, die typischerweise am höchsten Punkt, unabhängig von der Position des Einlasses, ausgeführt wird. Dadurch können Zusatzmaßnahmen zur Gewährleistung der Entlüftung, zum Beispiel in Gestalt eines Entlüftungsventils vermieden werden. Furthermore, improved ventilation of the at least one cooling duct can be achieved by the solution proposed according to the invention, for example by skillful selection of the outlet position, which is typically carried out at the highest point, regardless of the position of the inlet. This allows Additional measures to ensure ventilation, for example in the form of a vent valve, are avoided.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine optimale Aufteilung des Gesamtmassenstroms M des Kühlmediums erreichen, um eine gleichmäßige Kühlleistung und Temperaturverteilung über den Umfang des Statorgehäuses zu erreichen. The solution proposed according to the invention makes it possible to achieve an optimal distribution of the total mass flow M of the cooling medium in order to achieve a uniform cooling capacity and temperature distribution over the circumference of the stator housing.
Die konische Grundform des mindestens einen Kühlkanals zwischen der Innenseite des Systemgehäuses und der Außenseite des Statorgehäuses setzt den Einfluss von Fertigungstoleranzen, insbesondere deren Auswirkungen auf die Kühlleistung, signifikant herab. The conical basic shape of the at least one cooling channel between the inside of the system housing and the outside of the stator housing significantly reduces the influence of manufacturing tolerances, in particular their effects on the cooling capacity.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.
Es zeigen: Show it:
Figuren 1.1 und 1.2 Eine Aufteilung einer Strömung eines Kühlmediums in einem Kühlkanal, dessen Zulauf und dessen Austritt um 180° versetzt sind, Figures 1.1 and 1.2 A distribution of a flow of a cooling medium in a cooling channel whose inlet and outlet are offset by 180 °,
Figur 2.1 einen hydraulischen Kurzschluss, Figure 2.1 a hydraulic short circuit,
Figur 2.2 einen Kühlkanal zwischen Systemgehäuse und Statorgehäuse einer elektrischen Maschine mit konstanter Höhe, Figure 2.2 a cooling channel between the system housing and the stator housing of an electrical machine with a constant height,
Figur 3 die Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Spreizungswinkels a zwischen Zulauf und Austritt des Kühlmediums und sich einstellender erster und zweiter Teilmassenströme Mi und M2, FIG. 3 shows the representation of the spread angle a proposed according to the invention between the inlet and outlet of the cooling medium and the first and second partial mass flows Mi and M 2 that occur,
Figur 4 einen Schnitt durch das Systemgehäuse der elektrischen Maschine und deren Statorgehäuse sowie den sich zwischen diesen ergebenden, mindestens einen Kühlkanal, der in einer Konizität gefertigt ist und FIG. 4 shows a section through the system housing of the electric machine and its stator housing as well as between them resulting, at least one cooling channel, which is manufactured in a conicity and
Figur 5 die Darstellung sich einstellender Teilvolumenströme Mi und M2 entlang des Umfangs des Statorgehäuses. FIG. 5 shows the partial volume flows Mi and M2 that are set up along the circumference of the stator housing.
Figur 1.1 ist eine elektrische Maschine 10 zu entnehmen, in deren Systemgehäuse 12 ein Zulauf 14 und ein relativ zu diesem, in einem 180°- Versatz 20 angeordneter Austritt 16 für ein Kühlmedium angeordnet sind. Gemäß Figur 1.2 ergibt sich somit eine gleichmäßige Volumenstromaufteilung 18 beziehungsweise Massenstromaufteilung 18 durch beide Hälften des Systemgehäuses 12. FIG. 1.1 shows an electrical machine 10 in whose system housing 12 there is an inlet 14 and an outlet 16 for a cooling medium which is arranged at a 180° offset 20 relative thereto. According to Figure 1.2, this results in a uniform volume flow distribution 18 or mass flow distribution 18 through both halves of the system housing 12.
Figur 2.1 zeigt das Auftreten eines hydraulischen Kurschlusses 32 bei entsprechender Positionierung des Zulaufs 14 und des Austritts 16 des Kühlmediums relativ zueinander. Gemäß Figur 2.1 gelangt nur ein geringer Teilmassenstrom des Kühlmediums in den mindestens einen Kühlkanal 28, der sich zwischen einer Verrippung 22 des Systemgehäuses 12 und einer Verrippung 26 des Statorgehäuses 24 erstreckt. FIG. 2.1 shows the occurrence of a hydraulic short circuit 32 with a corresponding positioning of the inlet 14 and the outlet 16 of the cooling medium relative to one another. According to FIG. 2.1, only a small partial mass flow of the cooling medium gets into the at least one cooling channel 28, which extends between a ribbing 22 of the system housing 12 and a ribbing 26 of the stator housing 24.
Figur 2.2 ist ein Schnitt durch das Systemgehäuse und das Statorgehäuse einer elektrischen Maschine zu entnehmen, aus dem hervorgeht, dass der mindestens eine Kühlkanal 28, der sich zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 erstreckt, in Axialrichtung gesehen eine konstante Höhe aufweist. Figure 2.2 shows a section through the system housing and the stator housing of an electrical machine, which shows that the at least one cooling channel 28, which extends between the system housing 12 and the stator housing 24, has a constant height when viewed in the axial direction.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10, die ein Systemgehäuse 12 umfasst, welches ein Statorgehäuse 24 umschließt. Das Kühlmedium wird im mindestens einen Kühlkanal 28 über den Zulauf 14 zugeführt. Dieser umfasst einen Anschlussstutzen 52. Des Weiteren umfasst das Kühlsystem eine Leitung 54, durch welche das Kühlmedium dem Zulauf 14 zugeführt wird. In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically. FIG. 3 shows a cross section through an electrical machine 10 which includes a system housing 12 which encloses a stator housing 24 . The cooling medium is fed into the at least one cooling channel 28 via the inlet 14 . This includes a connecting piece 52. The cooling system also includes a line 54 through which the cooling medium is supplied to the inlet 14.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass der mindestens eine Kühlkanal 28 zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 einerseits durch eine Verrippung 22 einer Innenseite des Systemgehäuses 12 und andererseits durch die Verrippung 26 an der Außenseite des Statorgehäuses 24 gebildet wird. Durch den mindestens einen auf diese Weise gebildeten Kühlkanal 28 zirkuliert das über den Anschlussstutzen 52 dem Zulauf 14 zugeführte Kühlmedium. The representation according to Figure 3 shows that the at least one cooling duct 28 between the system housing 12 and the stator housing 24 is formed on the one hand by ribbing 22 on the inside of the system housing 12 and on the other hand by the ribbing 26 on the outside of the stator housing 24. The cooling medium supplied to the inlet 14 via the connecting piece 52 circulates through the at least one cooling channel 28 formed in this way.
Wie aus der Darstellung gemäß Figur 3 hervorgeht, sind der Zulauf 14 und der Austritt 16 in Bezug aufeinander in einem Spreizungswinkel a, gekennzeichnet durch Bezugszeichen 44, orientiert. In der Darstellung gemäß Figur 3 liegt der Spreizungswinkel a 44 im Bereich zwischen 90° und 100°. Der Spreizungswinkel a 44 könnte auch kleiner oder größer als dargestellt gewählt werden, je nachdem, wie der Zulauf 14 und der Austritt 16 zu positionieren sind, was wiederum kundenseitig vorgegeben ist. In Bezug auf eine Symmetrieachse 64 gemäß der Darstellung in Figur 3 sind durch Bezugszeichen 50 jeweils ideale radiale Ausrichtungen angedeutet. In Bezug auf die idealen radialen Ausrichtungen 50 sind der Zulauf 14 beziehungsweise der Austritt 16 positioniert. In Bezug auf den Zulauf 14 ist ein Einströmwinkel ß 46 dargestellt. Dieser liegt zwischen -90° und +90° in Bezug auf die ideale radiale Ausrichtung 50. Analog dazu ist der Austritt 16 gemäß der Darstellung in Figur 3 um den Ausströmwinkel y 48 in Bezug auf die ideale radiale Ausrichtung 50 orientiert. Abhängig von den kundenseitigen Voraussetzungen können somit, abhängig vom Spreizungswinkel a 44 zwischen dem Zulauf 14 und dem Austritt 16 korrespondierende Einströmwinkel ß 46 sowie Ausströmwinkel y 48 realisiert werden. As can be seen from the representation according to FIG. In the illustration according to FIG. 3, the angle of spread a 44 is in the range between 90° and 100°. The angle of spread a 44 could also be smaller or larger than shown, depending on how the inlet 14 and the outlet 16 are to be positioned, which in turn is specified by the customer. In relation to an axis of symmetry 64 as shown in FIG. 3, reference numerals 50 indicate ideal radial alignments. The inlet 14 and the outlet 16 are positioned in relation to the ideal radial alignments 50 . In relation to the inlet 14, an inflow angle β 46 is shown. This is between −90° and +90° in relation to the ideal radial alignment 50. Similarly, the outlet 16 is oriented around the outflow angle y 48 in relation to the ideal radial alignment 50, as shown in FIG. Depending on the customer's requirements, depending on the spread angle a 44 between the inlet 14 and the outlet 16, corresponding inflow angles ß 46 and outflow angles y 48 can be realized.
Aus Figur 3 geht hervor, dass sich bei dem hier dargestellten Spreizungswinkel a 44, der zwischen 90° und 100° liegt, unterschiedliche Massenströme in Bezug auf das Kühlmedium ergeben. Über den Anschlussstutzen 52 im Bereich des Zulaufs 14 strömt Kühlmedium über mindestens einen Kühlkanal 28 ein. Hinter dem Zulauf 14, d. h. hinter dem Anschlussstutzen 52 teilt sich der Gesamtmassenstrom M (vgl. Position 90 in Figur 5) innerhalb des mindestens einen Kühlkanals 28 in einen ersten Teilmassenstrom Mi 76 sowie in einen zweiten Teilmassenstrom M2 78 auf. Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass der erste Teilmassenstrom Mi 76 des Kühlmediums eine erste Benetzungsfläche 40 in Umfangsrichtung benetzt und damit entwärmt. Demgegenüber strömt der zweite Teilmassenstrom M2 78 des Kühlmediums entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des ersten Teilmassenstroms Mi 76 innerhalb des mindestens einen Kühlkanals 28. Die beiden Teilmassenströme des Kühlmediums Mi 76 und M2 78 strömen dem Austritt 16 zu und verlassen an dieser Stelle entsprechend erwärmt den mindestens einen Kühlkanal 28 zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 der elektrischen Maschine 10. It can be seen from FIG. 3 that the spread angle a 44 shown here, which is between 90° and 100°, results in different mass flows in relation to the cooling medium. Cooling medium flows in via at least one cooling channel 28 via the connecting piece 52 in the area of the inlet 14 . Behind the inlet 14, ie behind the connecting piece 52, the total mass flow M (cf. position 90 in FIG. 5) is divided within the at least one cooling channel 28 into a first partial mass flow Mi 76 and a second partial mass flow M2 78. The representation according to FIG. 3 shows that the first partial mass flow Mi 76 of the cooling medium wets a first wetting surface 40 in the circumferential direction and thus cools it. In contrast, the second partial mass flow M2 78 of the cooling medium flows in the opposite direction to the flow direction of the first partial mass flow Mi 76 within the at least one cooling channel 28. The two partial mass flows of the cooling medium Mi 76 and M2 78 flow to the outlet 16 and leave the at least one cooling channel at this point correspondingly heated 28 between the system housing 12 and the stator housing 24 of the electrical machine 10.
Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass der größere erste Teilmassenstrom Mi 76 eine größere erste Benetzungsfläche 40 in Umfangsrichtung entwärmt verglichen mit der zweiten Benetzungsfläche 42 in Umfangsrichtung, die durch den zweiten Teilmassenstrom M2 78 des Kühlmediums entwärmt wird. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anströmung, gegeben durch den Einströmwinkel ß 46 beziehungsweise den Ausströmwinkel y 48, kann eine gezielte, optimale Aufteilung der beiden Teilmassenströme Mi 76 und M2 78 in Bezug auf die zu entwärmende Umfangsfläche des Statorgehäuses 24 der elektrischen Maschine 10 eingestellt werden. 3 shows that the larger first partial mass flow Mi 76 heats a larger first wetting surface 40 in the circumferential direction compared to the second wetting surface 42 in the circumferential direction, which is cooled by the second partial mass flow M2 78 of the cooling medium. The inflow proposed according to the invention, given by the inflow angle β 46 or the outflow angle y 48, allows a targeted, optimal distribution of the two partial mass flows Mi 76 and M2 78 in relation to the circumferential surface of the stator housing 24 of the electrical machine 10 to be cooled.
Der Schnittdarstellung gemäß Figur 4 ist zu entnehmen, dass das Statorgehäuse 24 vom Systemgehäuse 12 der elektrischen Maschine 10 umgeben ist. Im Inneren des Statorgehäuses 24 ist ein Stator 66 der elektrischen Maschine 10 angeordnet. Eine Getriebeseite sowohl des Systemgehäuses 12 als auch des Statorgehäuses 24 ist durch Position 56 identifiziert, während eine E- Maschinenseite 58 die gegenüberliegende Stirnseite sowohl des Systemgehäuses 12 als auch des Statorgehäuses 24 der elektrischen Maschine 10 bezeichnet. Das Systemgehäuse 12 und das Statorgehäuse 24 sind im Wesentlichen symmetrisch zu einer Symmetrieachse 64 ausgebildet. Im Statorgehäuse 24 ist ein Lager 60 dargestellt, in welchem der hier nicht dargestellte Rotor der elektrischen Maschine 10 auf der E-Maschinenseite 58 gelagert ist. Auf der dieser gegenüberliegenden Getriebeseite 56 wird der in Figur 4 nicht dargestellte Rotor der elektrischen Maschine 10 in einem Lager 62 gelagert. The sectional view according to FIG. 4 shows that the stator housing 24 is surrounded by the system housing 12 of the electrical machine 10 . A stator 66 of the electrical machine 10 is arranged inside the stator housing 24 . A transmission side of both the system housing 12 and the stator housing 24 is identified by item 56 while an electric machine side 58 denotes the opposite end side of both the system housing 12 and the stator housing 24 of the electric machine 10 . The system housing 12 and the stator housing 24 are designed essentially symmetrically to an axis of symmetry 64 . A bearing 60 is shown in the stator housing 24, in which the rotor, not shown here, of the electric machine 10 is mounted on the electric machine side 58. On the opposite gear side 56, the in Figure 4 not shown rotor of the electrical machine 10 mounted in a bearing 62.
Aus Figur 4 geht hervor, dass sich bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung der mindestens eine Kühlkanal 28 zwischen dem Statorgehäuse 24 und dem Systemgehäuse 12 in einer Konizität 68 erstreckt. Die Konizität 68 ist durch den Öffnungswinkel 70 gegeben, der < 5° ist. Aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass sich in Axialrichtung 74 gesehen, ausgehend von der Getriebeseite 56 zur E-Maschinenseite 58 der mindestens eine Kühlkanal 28 kontinuierlich erweitert. Während der konische Höhenverlauf 72 in Axialrichtung 74 an der Getriebeseite 56 durch eine minimale Kanalhöhe 84 gekennzeichnet ist, geht diese in Axialrichtung 74 gesehen von der minimalen Kanalhöhe 84 in die maximale Kanalhöhe 82 auf der E-Maschinenseite 58 über. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Konizität 68 des mindestens einen Kühlkanals 28 kann dessen Sensitivität gegenüber Fertigungstoleranzen sowie Druckverlusten erheblich verringert werden. Es ergibt sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, in Axialrichtung 74 gesehen, eine variable Kanalhöhe 80, die ausgehend von der Getriebeseite 56 in Richtung auf die E-Maschinenseite 58 kontinuierlich zunimmt. FIG. 4 shows that in the solution proposed according to the invention, the at least one cooling channel 28 extends in a conicity 68 between the stator housing 24 and the system housing 12 . The conicity 68 is given by the opening angle 70, which is <5°. The sectional view according to FIG. 4 shows that, seen in the axial direction 74 , starting from the transmission side 56 to the electric machine side 58 , the at least one cooling duct 28 widens continuously. While the conical height profile 72 in the axial direction 74 on the transmission side 56 is characterized by a minimum channel height 84 , viewed in the axial direction 74 this transitions from the minimum channel height 84 to the maximum channel height 82 on the electric machine side 58 . Due to the conicity 68 of the at least one cooling channel 28 proposed according to the invention, its sensitivity to manufacturing tolerances and pressure losses can be significantly reduced. The solution proposed according to the invention results in a variable channel height 80 seen in the axial direction 74 , which increases continuously starting from the transmission side 56 in the direction of the electric machine side 58 .
Der Darstellung gemäß Figur 5 ist zu entnehmen, dass ein Gesamtmassenstrom M 90 des Kühlmediums durch den Zulauf 14 in den mindestens einen Kühlkanal 28 zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 eintritt. Entsprechend dem Spreizungswinkel a 44 stellen sich in Bezug auf die ideale radiale Ausrichtung 50 auf Seiten des Zulaufs 14 ein Einströmwinkel ß 46 ein sowie auf Seiten des Austritts 16 ein Ausströmwinkel y 48, ebenfalls in Bezug auf die ideale radiale Ausrichtung 50. In der Darstellung gemäß Figur 5 ist analog zur Darstellung gemäß Figur 3 ein Spreizungswinkel a 44 dargestellt, der zwischen 90° und 100° liegt. The illustration according to FIG. 5 shows that a total mass flow M 90 of the cooling medium enters the at least one cooling channel 28 between the system housing 12 and the stator housing 24 through the inlet 14 . Corresponding to the spread angle a 44, an inflow angle ß 46 is set on the side of the inlet 14 in relation to the ideal radial alignment 50, and an outflow angle y 48 on the side of the outlet 16, also in relation to the ideal radial alignment 50. In the illustration according to Analogous to the representation according to FIG. 3, FIG. 5 shows a spread angle a 44 which lies between 90° and 100°.
Entsprechend der Aufteilung des Gesamtmassenstroms M 90 des Kühlmediums teilt sich dieser in den ersten Teilmassenstrom Mi 76 sowie den zweiten Teilmassenstrom M2 78 auf. Entsprechend dem gewählten Spreizungswinkel a 44, Einströmwinkel ß 46 und Ausströmwinkel y 48 beträgt der Teilmassenstrom Mi 76
Figure imgf000012_0001
während der kleinere, zweite Teilmassenstrom M2 78
Figure imgf000013_0001
beträgt
Corresponding to the distribution of the total mass flow M 90 of the cooling medium, it is divided into the first partial mass flow Mi 76 and the second partial mass flow M2 78 . Depending on the selected spread angle a 44, inflow angle ß 46 and outflow angle y 48, the partial mass flow is Mi 76
Figure imgf000012_0001
while the smaller, second partial mass flow M2 78
Figure imgf000013_0001
amounts to
Die beiden Teilmassenströme des Kühlmediums Mi 76 und M2 78 überstreichen jeweils die erste Benetzungsfläche 40, welche größer ist als die vom zweiten Teilmassenstrom M2 78 benetzte zweite Benetzungsfläche 42 in Umfangsrichtung des Statorgehäuses 24 gesehen. The two partial mass flows of the cooling medium Mi 76 and M2 78 each sweep over the first wetting surface 40, which is larger than the second wetting surface 42 wetted by the second partial mass flow M2 78, viewed in the circumferential direction of the stator housing 24.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann unabhängig von der Position des Zulaufs 14 und des Austritts 16 sowie von der geometrischen Toleranzlage zwischen dem Systemgehäuse 12 und dem Statorgehäuse 24 eine gleichmäßige Verteilung der Strömung des Kühlwassers über beide Seiten in Umfangsrichtung entlang des Statorgehäuses 24 erreicht werden. Damit kann eine gleichmäßig Entwärmung des Statorgehäuses 24 gewährleistet werden, um eine optimale Kühlwirkung herbeizuführen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann auf den Einbau zusätzlicher Bauteile verzichtet werden. Es stellt sich der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend ein homogenes Temperaturfeld ein, welches durch die beiden Teilmassenströme Mi 76 und M2 78, die gegensinnig zueinander strömen, erreicht wird. Um das gewünschte Verhältnis zwischen dem ersten Teilmassenstrom Mi 76 zum zweiten Teilmassenstrom M2 78 herzustellen, wird der Einströmwinkel ß 46 und der Ausströmwinkel y 48 gezielt gewählt. Typische Einströmwinkel ß 46 beziehungsweise Ausströmwinkel y 48 können je nach Position des Zulaufs 14 und des Austritts 16 im Bereich von -90° und +90° liegen. The solution proposed according to the invention makes it possible to achieve an even distribution of the flow of cooling water over both sides in the circumferential direction along the stator housing 24, regardless of the position of the inlet 14 and the outlet 16 and of the geometric tolerance position between the system housing 12 and the stator housing 24. This ensures that the stator housing 24 is heated evenly in order to bring about an optimal cooling effect. The solution proposed according to the invention makes it possible to dispense with the installation of additional components. Following the solution proposed according to the invention, a homogeneous temperature field is established, which is achieved by the two partial mass flows Mi 76 and M2 78, which flow in opposite directions to one another. In order to establish the desired ratio between the first partial mass flow Mi 76 and the second partial mass flow M2 78, the inflow angle β 46 and the outflow angle y 48 are specifically selected. Typical inflow angles β 46 and outflow angles γ 48 can be in the range of -90° and +90°, depending on the position of the inlet 14 and the outlet 16 .
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung trägt auch geometrischen Toleranzen in Bezug auf die Massenstromverteilung und damit auf die Kühlleistung Rechnung. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird die Grundform des mindestens einen Kühlkanals 28, der zwischen der Innenseite des Systemgehäuses 12 und der Außenseite des Statorgehäuses 24 verläuft, nicht zylindrisch, sondern konisch ausgeführt. So kann das Kühlmedium, insbesondere bei relativ geringer Höhe des mindestens einen Kühlkanals 28 in die Bereiche ausweichen, in denen aufgrund der Konizität 68 eine größere Kanalhöhe vorliegt. Typische Öffnungswinkel 70 in Bezug auf die Konizität 68 liegen im Bereich von < 5° und können zum Beispiel durch unterschiedliche Fertigungstechnologien und Bearbeitungen des Systemgehäuses 12 und des Statorgehäuses 24 erreicht werden. The solution proposed according to the invention also takes into account geometric tolerances in relation to the mass flow distribution and thus to the cooling capacity. In the solution proposed according to the invention, the basic shape of the at least one cooling channel 28, which runs between the inside of the system housing 12 and the outside of the stator housing 24, is not cylindrical but conical. In this way, the cooling medium, in particular when the at least one cooling channel 28 is relatively small, can escape into the areas in which the conicity 68 means that the channel height is greater. Typical opening angles 70 in relation to the conicity 68 are in the range of <5° and can be different, for example Manufacturing technologies and processing of the system housing 12 and the stator housing 24 can be achieved.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch dieThe invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the through the
Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. Claims specified range, a variety of modifications possible, which are within the scope of professional action.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Elektrische Maschine (10) mit einem Systemgehäuse (12) und einem Statorgehäuse (24), zwischen denen mindestens ein Kühlkanal (28) zu Entwärmung des Statorgehäuses (24) der elektrischen Maschine (10) verläuft und der von einem Kühlmedium beströmt ist, welches an einem Zulauf (14) in den mindestens einen Kühlkanal (28) eintritt und diesen an einem Austritt (16) wieder verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Spreizungswinkel a (44) zwischen dem Zulauf (14) und dem Austritt (16) des Kühlkanals (28), der in Axialrichtung (74) gesehen einen variablen Höhenverlauf (72) aufweist, ein Einströmungswinkel ß (46) und ein Ausströmwinkel y (48) derart gewählt sind, dass ein Gesamtmassenstrom M (90) des Kühlmediums in einen ersten Teilmassenstrom Mi (76) und einen zweiten Teilmassenstrom M2 (78) aufgeteilt ist. 1. Electrical machine (10) with a system housing (12) and a stator housing (24), between which runs at least one cooling duct (28) for cooling the stator housing (24) of the electrical machine (10) and through which a cooling medium flows, which enters the at least one cooling channel (28) at an inlet (14) and leaves it again at an outlet (16), characterized in that depending on the angle of spread a (44) between the inlet (14) and the outlet (16) of the cooling channel (28), which has a variable height profile (72) viewed in the axial direction (74), an inflow angle ß (46) and an outflow angle y (48) are selected in such a way that a total mass flow M (90) of the cooling medium flows into a first Partial mass flow Mi (76) and a second partial mass flow M2 (78) is divided.
2. Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmwinkel ß (46) und der Ausströmwinkel y (48) Differenzwinkel, bezogen auf die ideale radiale Ausrichtung (50), sind. 2. Electrical machine (10) according to claim 1, characterized in that the inflow angle β (46) and the outflow angle γ (48) are differential angles, based on the ideal radial alignment (50).
3. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilmassenstrom Mi (76) 3. Electrical machine (10) according to claims 1 and 2, characterized in that the first partial mass flow Mi (76)
Mi 1 = — 360° M beträg 0t mit a = Spreizungswinkel (44), M = Gesamtvolumenstrom (90) Kühlmedium Mi 1 = — 360° M is 0 t with a = spread angle (44), M = total volume flow (90) cooling medium
4. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilmassenstrom M2 (78)
Figure imgf000015_0001
beträgt mit a = Spreizungswinkel (46),
4. Electrical machine (10) according to claims 1 and 2, characterized in that the second partial mass flow M2 (78)
Figure imgf000015_0001
is with a = angle of spread (46),
M = Gesamtvolumenstrom (90) Kühlmedium Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilmassenstrom Mi (76) eine erste Benetzungsfläche (40) des Statorgehäuses (24) entwärmt, die größer ist als eine zweite Benetzungsfläche (42) des Statorgehäuses (24), welche durch den zweiten Teilmassenstrom M2 (78) entwärmt wird. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittswinkel ß (46) und der Austrittswinkel y (48) im Bereich zwischen -90° und +90° liegen. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungswinkel (70) einer Konizität (68) des mindestens einen Kühlkanals (28) < 5° beträgt. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Höhenverlauf (72) des mindestens einen Kühlkanals (28), ausgehend von einer Getriebeseite (56) zu einer E-Maschinenseite (58) des Statorgehäuses (24) verläuft. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Getriebeseite (56) eine minimale Kanalhöhe (84) und an der E-Maschinenseite (58) eine maximale Kanalhöhe (82) vorliegt. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwärmung des Statorgehäuses (24) durch dessen Umströmung mit dem ersten Teilmassenstrom Mi (76) und dem zweiten Teilmassenstrom M2 (78) des Kühlmediums homogenisiert ist. Elektrische Maschine (10) gemäß den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilmassenstrom Mi (76) und der zweite Teilmassenstrom M2 (78) des Kühlmediums den mindestens einen Kühlkanal (28) entgegengesetzt zueinander durchströmen. - 15 - Verwendung der elektrischen Maschine (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Antrieb eines elektrisch angetriebenen Personenkraftwagens oder eines leichten Nutzfahrzeugs. M = total volume flow (90) cooling medium Electrical machine (10) according to Claims 1 to 4, characterized in that the first partial mass flow Mi (76) heats a first wetting surface (40) of the stator housing (24), which is larger than a second wetting surface (42) of the stator housing (24), which is cooled by the second partial mass flow M2 (78). Electrical machine (10) according to Claims 1 to 5, characterized in that the entrance angle β (46) and the exit angle γ (48) are in the range between -90° and +90°. Electrical machine (10) according to Claims 1 to 6, characterized in that an opening angle (70) of a conicity (68) of the at least one cooling duct (28) is <5°. Electrical machine (10) according to Claims 1 to 7, characterized in that the variable height profile (72) of the at least one cooling duct (28), starting from a transmission side (56) to an electric machine side (58) of the stator housing (24) runs. Electrical machine (10) according to Claims 1 to 8, characterized in that there is a minimum channel height (84) on the transmission side (56) and a maximum channel height (82) on the electric machine side (58). Electrical machine (10) according to Claims 1 to 9, characterized in that the cooling of the stator housing (24) is homogenized by the first partial mass flow Mi (76) and the second partial mass flow M 2 (78) of the cooling medium flowing around it. Electrical machine (10) according to Claims 1 to 10, characterized in that the first partial mass flow Mi (76) and the second partial mass flow M 2 (78) of the cooling medium flow through the at least one cooling channel (28) in opposite directions to one another. - 15 - Use of the electrical machine (10) according to any one of claims 1 to 11 for driving an electrically powered passenger car or a light commercial vehicle.
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