WO2023193846A1 - Cooling device and drive assembly - Google Patents

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WO2023193846A1
WO2023193846A1 PCT/DE2023/100239 DE2023100239W WO2023193846A1 WO 2023193846 A1 WO2023193846 A1 WO 2023193846A1 DE 2023100239 W DE2023100239 W DE 2023100239W WO 2023193846 A1 WO2023193846 A1 WO 2023193846A1
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WO
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heat exchanger
cooling
oil
stator
water
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/100239
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German (de)
French (fr)
Inventor
Julian SCHMID
Jens BOHNEN
Christian Morgen
Michael Heilmann
Patrick Gramann
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Filing date
Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • B60K2001/006—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric motors

Definitions

  • the invention relates to a cooling device and a drive arrangement equipped therewith for a motor vehicle.
  • Cooling can therefore contribute to increasing the efficiency of the electric rotating machine. If cooling via free convection, heat conduction to neighboring components or heat radiation into the environment is no longer sufficient, active cooling is required. Such cooling can be done by a moving fluid such as a coolant.
  • DE 10 2018 216 600 A1 discloses an arrangement for cooling components in a cooling circuit in an electric or hybrid vehicle, wherein the cooling circuit has at least one component to be cooled, such as power electronics, and an air cooler, which are connected by means of a line containing a coolant are and form the cooling circuit, wherein either a pump and a temperature measuring device are arranged in the flow direction of the coolant from the component to the air cooler, with a temperature-controlled or temperature-regulated bypass being arranged between the pump and the air cooler, through which the path to the air cooler can be closed , and wherein a further line is arranged between the bypass and each of the components, through which the coolant flowing from the component via the pump to the air cooler is led back to at least one of the components when the path of the coolant to the air cooler is closed by the bypass .
  • DE 10 2013 217 656 A1 discloses a temperature management system for a vehicle with an electric drive motor for moving the vehicle and a battery pack configured to provide power for driving the motor.
  • the temperature management system includes an engine cooling system operable to cool the engine and a second thermal load cooling system configured to transport heat away from a second thermal load.
  • the second thermal load cooling system may be selectively thermally connected to the engine to transport heat away therefrom.
  • a control system is provided that is configured to detect an engine cooling system failure situation and that can operate the second thermal load cooling system to thermally connect the second thermal load cooling system to the engine to control the electric drive motor in response to the detection to cool the engine cooling system error situation.
  • Fluid lines form a plurality of line circuits, including an engine line circuit, a cabin heater line circuit, and a battery pack line circuit, which are used to transport coolant through or around at least some of the aforementioned thermal loads and to transport the coolant as needed to heat or cool.
  • the engine line circuit, the cabin heater line circuit, and the battery pack line circuit may all be fluidly connected to each other to allow coolant to be transported from each of the circuits to any other of the circuits.
  • DE 10 2019 119 124 A1 discloses a cooling-cold cycle system with a combination heat exchanger; a cooling circuit that is adapted such that a coolant flows into the combination heat exchanger, flows through the combination heat exchanger and flows out of the combination heat exchanger.
  • a coolant for example water mixed with additives
  • a pump and a heat source for example an electric motor that releases waste heat
  • the combination heat exchanger Depending on the arrangement of the cooling of drive components, conflicting objectives arise with regard to the cooling media used.
  • existing power electronics are preferably cooled with water-based cooling media, such as a water-glycol mixture.
  • the waste heat in the gearbox is usually dissipated by the gear oil used for lubrication.
  • electrical machines are integrated into one of these cooling circuits.
  • direct slot cooling requires the use of a radial sealing element to the rotor chamber. This must be designed for high pressures with a correspondingly greater material thickness, which reduces the electromagnetic air gap and thus the machine performance compared to a comparable electric rotary machine with conventional external jacket cooling.
  • the present invention is based on the object of providing a cooling device and a drive arrangement equipped therewith which, in a simple and cost-effective design, enable the reliable cooling of an efficiently operated stator of an electric rotary machine.
  • the invention relates to a cooling device for at least partially cooling a stator of an electric rotary machine, comprising a stator with a plurality of grooves and a heat exchanger which is fluidly connected to the grooves with a first input device, so that an oil-based cooling medium is supplied through grooves formed as part of an oil-based circuit Stator and through the first input device can flow into the heat exchanger.
  • the heat exchanger is fluidly integrated with a second input device into a water-based circuit for guiding a water-based cooling medium, so that heat can be transferred from the oil-based cooling medium to the water-based cooling medium in the heat exchanger.
  • the heat exchanger can also be referred to as a heat exchanger.
  • the oil-based cooling medium can be oil or an emulsion.
  • the cooling device can be designed in such a way that oil-based cooling medium is present in the stator or in the oil-based circuit, and water-based cooling medium is present in the water-based circuit. Windings are arranged in the slots of the stator.
  • a first output device of the heat exchanger can be fluidly connected to the slots of the stator, so that oil-based cooling medium cooled in the heat exchanger can be fed back to the grooves from the heat exchanger via its first output device.
  • a second output device of the heat exchanger can be fluidically integrated into a further cooling concept, so that, for example, the heated water-based cooling medium flows in a main cooling circuit of an electric motor driven motor vehicle equipped with the stator.
  • the cooled power electronics is preferably power electronics that is assigned to an electrical rotating machine equipped with the stator.
  • the cooler of the power electronics can be an integral part of the power electronics, so that the power electronics itself is a component of the cooling device according to the invention.
  • a pump and/or a filter can be arranged in the oil-based circuit.
  • a bypass can be formed on the oil-based circuit, which bypasses the stator. The volume flow of the oil-based cooling medium through the bypass and/or through the stator or through its grooves can be adjusted using a control valve.
  • the power electronics and the stator are arranged essentially between two common levels, with the heat exchanger either not being arranged between the two levels, or being arranged between the two levels.
  • the heat exchanger can be arranged above or below the power electronics and stator. When arranged between the two levels, and thus within an intermediate space formed by the levels, the heat exchanger is arranged next to the stator or next to the power electronics.
  • a further aspect of the present invention is a drive arrangement for a motor vehicle that can be driven at least partially by an electric motor, comprising a cooling device according to the invention and a transmission, the transmission being coolable by means of transmission oil in the transmission and being fluidly connected to a further heat exchanger integrated in the water-based circuit, for supplying the Gear oil to the additional heat exchanger for the purpose of transferring heat from the gear oil to the water-based cooling medium in the water-based circuit.
  • the transmission is a separate unit and can release the resulting waste heat into the environment via an air-oil cooler or also transfer it to the main cooling circuit with the help of another heat exchanger.
  • This heat exchanger can be designed either as an additional heat exchanger or as a cooled surface in the transmission housing.
  • the water-based circuit can be fluidically connected to a main cooling circuit or form a component of the main cooling circuit.
  • the main cooling circuit can be the main cooling circuit of a motor vehicle and can have its own heat exchanger or the heat exchanger as a component, for dissipating heat from the stator and from the power electronics and possibly from the transmission to the environment and / or to other devices of a motor vehicle equipped with the drive arrangement, such as a passenger cell.
  • heat from the transmission can also be released via the transmission housing.
  • the oil circuit of the electric rotating machine equipped with the stator is not connected to the oil circuit of the transmission.
  • the further heat exchanger is also designed as a heat exchanger, which enables indirect heat transfer between cooling media received, via a separating device of the further heat exchanger, such as. B. at least one plate in the case of the design of the further heat exchanger as a plate heat exchanger or also via a pipe wall in the case of the design of the further heat exchanger as a tube bundle heat exchanger. Accordingly, there cannot be a mixture of the gear oil and the water-based cooling medium.
  • the cooling device according to the invention and the drive arrangement equipped with it have the advantages that effective cooling of the power electronics with water-glycol can be carried out without having to accept a cleanliness problem in the electric rotating machine due to contamination from the transmission or components from the main cooling circuit must.
  • the use of dielectric cooling media in the stator of the electric rotating machine can reduce additional insulation costs while at the same time ensuring compliance with the necessary electrical safety.
  • the electric rotary machine can be operated with a maximum oil-based cooling medium temperature of 80°C to 120°C.
  • Figure 8 a second possibility of arranging the heat exchanger within two levels
  • Figure 10 a fourth option for arranging the heat exchanger within two levels
  • Figure 11 a fifth possibility of arranging the heat exchanger within two levels
  • Figure 14 a first possibility of arranging the heat exchanger in relation to a gearbox
  • Figure 16 a third possibility for arranging the heat exchanger in relation to a gearbox.
  • the cooling device 1 includes an electric rotary machine 10, which includes a stator, not shown here, in which grooves are formed in which windings run.
  • the cooling device 1 comprises a heat exchanger 20.
  • the heat exchanger 20 is fluidically connected to a first input device 21 with grooves in the stator of the electric rotary machine 10.
  • a first output device 23 of the heat exchanger 20 is also fluidly connected to the slots of the stator of the electric rotary machine 10.
  • an oil-based circuit 40 is formed, which is set up to guide oil-based cooling medium 41 through the grooves in the electric rotary machine 10 and through the heat exchanger 20.
  • the heat exchanger 20 is integrated with a second input device 22 and with a second output device 24 into a water-based circuit 30, which is set up to allow water-based cooling medium 31 to flow through the heat exchanger 20.
  • heat present in the slots of the stator of the electric rotary machine 10 can be transferred to the oil-based cooling medium 41.
  • heat can be transferred from the oil-based cooling medium 41 to the water-based cooling medium 31 in the water-based circuit 30. This allows heat to be efficiently dissipated from the electric rotary machine 10.
  • a dielectric heat transfer or gear oil is preferably used as the oil-based cooling medium 41.
  • Power electronics 60 are also integrated into the water-based circuit 30, possibly with their own cooler, not shown here. Heat can be transferred from the power electronics 60 or its cooler to the water-based cooling medium 31 in the water-based circuit 30.
  • the water-based circuit 30 can be a component of a main cooling circuit 50, such as a main cooling circuit 50 of an electric motor-driven motor vehicle equipped with the electric rotary machine 10 and the power electronics 60.
  • the water-based cooling medium 31 which can in particular be a water-glycol mixture, heat can be dissipated very efficiently from the power electronics 60 and heat can also be dissipated from the electric rotating machine 10. Due to the fact that different flow media flow through the power electronics 60 and the electrical rotary machine 10, the electrical insulation effort on the electrical rotary machine 10 is relatively low, while at the same time ensuring a high level Efficiency in terms of heat dissipation from the power electronics 60 and a low tendency to contamination.
  • the oil-based circuit 40 is shown separately in Figure 2. In addition to the components of the oil-based circuit 40 already explained with reference to FIG. 1, in the embodiment shown in FIG.
  • a pump 70 can be seen here, which is arranged downstream of the electric rotary machine 10 and thus in front of the heat exchanger 20.
  • an expansion tank 90 or pressure accumulator is also connected to the oil-based circuit 40 to compensate for the temperature-related volume expansion of the oil-based cooling medium 41.
  • the oil-based circuit 40 in the embodiment shown here has a control valve 101, through which the volume flow of oil-based cooling medium 41 can be adjusted through a bypass 100, which bypasses the electric rotary machine 10.
  • the heat exchanger 20 is designed as a plate heat exchanger in the variants shown here. Its dimensions can be adjusted depending on the installation position and the plate geometry as well as the internal connection of serial and parallel channels can be changed with a view to pressure loss and heat output.
  • Figures 3-6 show options for arranging the heat exchanger 20 outside of 2 levels 110, 111, which are arranged parallel to one another and between which the electric rotary machine 10 and the power electronics 60 are arranged.
  • Figure 3 shows a possible arrangement in which the filter 80 is designed flat and is integrated on the top of a housing of the electric rotary machine 10.
  • the filter 80 is essentially flush with the surface of the housing.
  • the heat exchanger 20 is mounted above the second level 111 and therefore above the electric rotating machine 10.
  • Figure 4 shows a possible arrangement of the heat exchanger 20, in which the filter 80 is designed flat and is integrated on the underside of a housing of the electric rotary machine 10.
  • the filter 80 is essentially flush with the surface of the housing.
  • the heat exchanger 20 is mounted below the first level 110 and therefore below the electric rotating machine 10.
  • the heat exchanger 20 uses the entire area below the electrical rotating machine 10 and the power electronics 60.
  • Figure 5 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and is integrated on the underside into a free space in the housing of the electrical rotating machine 10 and is almost flush with the housings of the electrical rotating machine 10 and power electronics 60.
  • the heat exchanger 20 is also attached from below and uses the entire area below the electric rotating machine 10 and the power electronics 60.
  • Figure 6 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and is integrated on the top into a free space in the housing of the electrical rotating machine 10 and is almost flush with the housings of the electrical rotating machine 10 and power electronics 60.
  • the heat exchanger 20 is also attached from above.
  • Figures 7 to 13 show options for arranging the heat exchanger 20 between the two levels 110, 111, which are arranged parallel to one another and between which the electrical rotary machine 10 and the power electronics 60 are arranged.
  • Figure 7 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cuboid and flat and is installed in a recess in the housing of the power electronics 60.
  • the heat exchanger 20 is installed next to it and uses the entire lateral surface of the power electronics housing.
  • Figure 10 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cuboid and flat and is integrated in a free space between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10.
  • the heat exchanger 20 is installed between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10 and uses the entire surface area of the components. This allows installation space to be saved because some of the limiting housing walls are replaced by the heat exchanger.
  • Figure 11 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and integrated on the underside into a free space in the housing of the electrical rotating machine 10 and is almost flush with the housings of the electrical rotating machine 10 and the power electronics 60.
  • the heat exchanger 20 is installed between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10 and uses a recess on the housing of the power electronics 60, whereby the required width is reduced.
  • Figure 12 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and integrated on the underside into a free space in the housing of the electric rotating machine 10 and is almost flush with the housings of the electric rotating machine 10 and the power electronics 60.
  • the heat exchanger 20 is installed between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10 and uses a free space within the power electronics 60, whereby the required width is reduced.
  • Figure 13 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and on the underside in a free space in the housing of the electrical Rotary machine 10 integrated and almost flush with the housings of the electric rotary machine 10 and the power electronics 60.
  • the heat exchanger 20 is installed between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10 and is arranged to the side of the housing of the electric rotating machine 10.
  • Figures 14 to 16 show configurations and possibilities for the arrangement of the heat exchanger 20, in which the heat exchanger 20 essentially defines the shape of a hollow cylinder.
  • the heat exchanger 20 can be constructed from annular plates.
  • Figures 14-16 show embodiments of the drive arrangement according to the invention.
  • Figure 14 shows a possible arrangement in which the heat exchanger 20 is arranged on a side of the electric rotary machine 10 that is axially opposite a gear 120.
  • the required installation space is expanded either by the axial length and/or by the radial size of the hollow cylindrical shape of the heat exchanger 20.
  • the heat exchanger 20 is arranged on the axis of rotation of the electric rotary machine 10 or the transmission 120.
  • Figure 15 shows a possible arrangement in which the hollow cylindrical heat exchanger 20 is arranged around the transmission 120 and thereby replaces a housing of the transmission.
  • the required installation space is expanded either by the axial length and/or by the radial size of the hollow cylindrical shape of the heat exchanger 20.
  • transmission oil cooling can be implemented by spraying the transmission oil from the inside into cooled areas of the heat exchanger 20.
  • Figure 16 shows a possible arrangement in which the hollow cylindrical heat exchanger 20 is arranged around the electric rotary machine 10 and thereby replaces parts of the housing of the electric rotary machine 10. Inputs and outputs of the heat exchanger 20 can therefore be implemented with very short lines.
  • the length of the heat exchanger 20 is adapted to the length of the housing of the electric rotary machine 10.
  • the required installation space is expanded either by the axial length and/or by the radial size of the hollow cylindrical shape of the heat exchanger 20.
  • the cooling device proposed here and the drive arrangement equipped with it provide devices which, in a simple and cost-effective design, enable the reliable cooling of an efficiently operated stator of an electric rotary machine.

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Abstract

The invention relates to a cooling device and to a drive assembly equipped therewith for a motor vehicle. The cooling device (1) is used to cool at least some regions of a stator of an electric rotation machine (10) and comprises a stator with multiple slots and a heat exchanger (20) which is fluidically connected to the slots by means of a first inlet device (21) such that an oil-based cooling medium (41) can flow into the heat exchanger (20) through stator slots designed as part of an oil-based circuit (40) and through the first inlet device (21), wherein the heat exchanger (20) is fluidically integrated into a water-based circuit (30) for conducting a water-based cooling medium (31) by means of a second inlet device (22) such that heat can be transferred from the oil-based cooling medium (41) to the water-based cooling medium (31) in the heat exchanger (20). By means of the aforementioned cooling device and the drive assembly equipped therewith, equipment is provided which allows a reliable cooling of an electric rotation machine stator to be efficiently operated while having a simple and inexpensive design.

Description

Kühlunqseinrichtunq und Antriebsanordnunq Cooling device and drive arrangement
Die Erfindung betrifft eine Kühlungseinrichtung sowie eine damit ausgestatte Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug. The invention relates to a cooling device and a drive arrangement equipped therewith for a motor vehicle.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass in elektrischen Rotationsmaschinen im aktiven Betrieb Verlustleistung und dadurch ein Wärmeeintrag in die Wicklungen auch des Stators entsteht. Eine Kühlung kann somit zur Erhöhung der Effizienz der elektrischen Rotationsmaschine beitragen. Wenn die Kühlung über freie Konvektion, Wärmeleitung zu benachbarten Komponenten oder Wärmestrahlung in die Umgebung nicht mehr ausreicht ist eine aktive Kühlung erforderlich. Eine solche Kühlung kann durch ein bewegtes Fluid wie zum Beispiel eine Kühlflüssigkeit erfolgen. It is known from the prior art that in active operation in electrical rotary machines, power loss occurs and this results in heat input into the windings, including the stator. Cooling can therefore contribute to increasing the efficiency of the electric rotating machine. If cooling via free convection, heat conduction to neighboring components or heat radiation into the environment is no longer sufficient, active cooling is required. Such cooling can be done by a moving fluid such as a coolant.
Es ist bekannt, bei einer Innenläufer-Maschine die Kühlflüssigkeit durch einen um den Stator liegenden Kühlmantel zu führen. Erstrebenswert ist es allerdings, Wärme am Ort der größten Wärmeentstehung abzuführen, insbesondere an den Wicklungen bzw. am Blechpaket. It is known to guide the cooling liquid through a cooling jacket around the stator in an internal rotor machine. However, it is desirable to dissipate heat at the location where the greatest heat is generated, particularly at the windings or at the laminated core.
Zur Kühlung von elektrischen Antriebssystemen, welche eine elektrische Rotationsmaschine, eine Leistungselektronik und gegebenenfalls ein Getriebe aufweisen, gibt es unterschiedliche Ansätze. There are different approaches to cooling electric drive systems, which have an electric rotating machine, power electronics and possibly a gearbox.
DE 10 2018 216 600 A1 offenbart eine Anordnung zur Kühlung von Komponenten in einem Kühlkreislauf in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei der Kühlkreislauf mindestens eine zu kühlende Komponente wie zum Beispiel eine Leistungselektronik, und einen Luftkühler aufweist, welche mittels einer ein Kühlmittel fassenden Leitung verbunden sind und den Kühlkreislauf bilden, wobei ferner entweder eine Pumpe sowie eine Temperaturmesseinrichtung in Flussrichtung des Kühlmittels von der Komponente zum Luftkühler hin angeordnet sind, wobei zwischen Pumpe und Luftkühler ein Temperatur gesteuerter oder Temperatur geregelter Bypass angeordnet ist, durch welchen der Weg zum Luftkühler verschließbar ist, und wobei zwischen Bypass und jeder der Komponenten eine weitere Leitung angeordnet ist, durch welche das von der Komponente über die Pumpe zum Luftkühler fließende Kühlmittel wieder zurück zu mindestens einer der Komponenten geführt wird, wenn der Weg des Kühlmittels zum Luftkühler durch den Bypass verschlossen ist. DE 10 2013 217 656 A1 offenbart ein Temperaturmanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Elektroantriebsmotor zum Bewegen des Fahrzeugs und einem Batteriestapel, der ausgestaltet ist, um Leistung zum Antreiben des Motors bereitzustellen. Das Temperaturmanagementsystem enthält ein Motorkühlsystem, das betrieben werden kann, um den Motor zu kühlen, und ein zweites Kühlsystem für thermische Lasten, das ausgestaltet ist, um Wärme von einer zweiten thermischen Last weg zu transportieren. Das zweite Kühlsystem für thermische Lasten kann mit dem Motor selektiv thermisch verbunden werden, um Wärme von diesem weg zu transportieren. Es wird ein Steuerungssystem bereitgestellt, das ausgestaltet ist, um eine Motorkühlsystem-Fehlersituation zu detektieren und das das zweite Kühlsystem für thermische Lasten betreiben kann, um das zweite Kühlsystem für thermische Lasten mit dem Motor thermisch zu verbinden, um den Elektroantriebsmotor in Ansprechen auf die Detektion der Motorkühlsystem -Fehlersituation zu kühlen. Es bilden dabei Fluidleitungen mehrere Leitungskreise, die einen Motorleitungskreis, einen Fahrgastzellenheizungs-Leitungskreis und eine Batteriestapel-Leitungskreis umfassen, die verwendet werden, um ein Kühlmittel durch mindestens einige der vorstehend erwähnten thermischen Lasten hindurch oder um diese herum zu transportieren und um das Kühlmittel nach Bedarf zu erwärmen oder zu kühlen. Dabei können der Motorleitungskreis, der Fahrgastzellenheizungs-Leitungskreis und der Batteriestapel-Leitungskreis alle fluidtechnisch miteinander verbunden werden, um zu ermöglichen, dass Kühlmittel von jedem der Kreise zu einem beliebigen anderen der Kreise transportiert wird. DE 10 2018 216 600 A1 discloses an arrangement for cooling components in a cooling circuit in an electric or hybrid vehicle, wherein the cooling circuit has at least one component to be cooled, such as power electronics, and an air cooler, which are connected by means of a line containing a coolant are and form the cooling circuit, wherein either a pump and a temperature measuring device are arranged in the flow direction of the coolant from the component to the air cooler, with a temperature-controlled or temperature-regulated bypass being arranged between the pump and the air cooler, through which the path to the air cooler can be closed , and wherein a further line is arranged between the bypass and each of the components, through which the coolant flowing from the component via the pump to the air cooler is led back to at least one of the components when the path of the coolant to the air cooler is closed by the bypass . DE 10 2013 217 656 A1 discloses a temperature management system for a vehicle with an electric drive motor for moving the vehicle and a battery pack configured to provide power for driving the motor. The temperature management system includes an engine cooling system operable to cool the engine and a second thermal load cooling system configured to transport heat away from a second thermal load. The second thermal load cooling system may be selectively thermally connected to the engine to transport heat away therefrom. A control system is provided that is configured to detect an engine cooling system failure situation and that can operate the second thermal load cooling system to thermally connect the second thermal load cooling system to the engine to control the electric drive motor in response to the detection to cool the engine cooling system error situation. Fluid lines form a plurality of line circuits, including an engine line circuit, a cabin heater line circuit, and a battery pack line circuit, which are used to transport coolant through or around at least some of the aforementioned thermal loads and to transport the coolant as needed to heat or cool. The engine line circuit, the cabin heater line circuit, and the battery pack line circuit may all be fluidly connected to each other to allow coolant to be transported from each of the circuits to any other of the circuits.
DE 10 2019 119 124 A1 offenbart ein Kühl-Kälte-Kreislaufsystem mit einem Kombinationswärmetauscher; einem Kühlkreislauf, der derart angepasst ist, dass ein Kühlmittel in den Kombinationswärmetauscher einströmt, den Kombinationswärmetauscher durchströmt und aus dem Kombinationswärmetauscher ausströmt. Im Kühlkreislauf wird ein Kühlmittel, beispielsweise mit Additiven versetztes Wasser, durch einen Niedertemperaturkühler, eine Pumpe sowie eine Wärmequelle, beispielsweise einen Verlustwärme abgebenden Elektromotor, sowie den Kombinationswärmetauscher zirkuliert. Je nach Anordnung der Kühlung von Antriebskomponenten ergeben sich Zielkonflikte in Bezug auf die verwendeten Kühlmedien. So wird eine vorhandene Leistungselektronik aufgrund der besseren Wärmekapazität vorzugsweise mit wasserbasierten Kühlmedien, wie z.B. mit einem Wasser-Glykol-Gemisch, gekühlt. Die Abwärme im Getriebe wird üblicherweise durch das zur Schmierung vorhandene Getriebeöl abgeführt. In bisherigen Kühlanordnungen werden elektrische Maschinen in einen dieser Kühlkreise integriert. DE 10 2019 119 124 A1 discloses a cooling-cold cycle system with a combination heat exchanger; a cooling circuit that is adapted such that a coolant flows into the combination heat exchanger, flows through the combination heat exchanger and flows out of the combination heat exchanger. In the cooling circuit, a coolant, for example water mixed with additives, is circulated through a low-temperature cooler, a pump and a heat source, for example an electric motor that releases waste heat, and the combination heat exchanger. Depending on the arrangement of the cooling of drive components, conflicting objectives arise with regard to the cooling media used. Due to the better heat capacity, existing power electronics are preferably cooled with water-based cooling media, such as a water-glycol mixture. The waste heat in the gearbox is usually dissipated by the gear oil used for lubrication. In previous cooling arrangements, electrical machines are integrated into one of these cooling circuits.
Bei der direkten Nutkühlung findet die Basisisolierung nicht mehr über Isolationspapier in der Nut, sondern über einen isoliert gelagerten Stator statt. Dadurch kann das Volumen des ansonsten verwendeten Isolationspapiers für die Kühlkanäle verwendet werden. With direct slot cooling, the basic insulation no longer takes place via insulation paper in the slot, but rather via an insulated stator. This means that the volume of insulation paper that would otherwise be used can be used for the cooling channels.
Bei der Umsetzung der direkten Nutkühlung unter Verwendung von leitfähigen, wasserbasierten Kühlmedien bedarf es jedoch eines zusätzlichen Aufwandes zur elektrischen Isolation des Kühlsystems und der Antriebskomponenten. Getriebeöl zur Kühlung der elektrischen Maschine wird bei diesem Kühlkonzept aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber Schmutzpartikel und Spänen für gewöhnlich nicht angewendet. However, when implementing direct slot cooling using conductive, water-based cooling media, additional effort is required to electrically insulate the cooling system and the drive components. Gear oil for cooling the electrical machine is usually not used with this cooling concept due to its sensitivity to dirt particles and chips.
Zusätzlich erfordert die direkte Nutkühlung den Einsatz eines radialen Dichtelements zum Rotorraum. Dieses muss für hohe Drücke mit entsprechend größerer Materialstärke ausgelegt werden, was den elektromagnetischen Luftspalt und somit die Maschinenleistung gegenüber einer vergleichbaren elektrischen Rotationsmaschine mit konventioneller äußerer Mantelkühlung mindert. In addition, direct slot cooling requires the use of a radial sealing element to the rotor chamber. This must be designed for high pressures with a correspondingly greater material thickness, which reduces the electromagnetic air gap and thus the machine performance compared to a comparable electric rotary machine with conventional external jacket cooling.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlungseinrichtung sowie eine damit ausgestattete Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die in einfacher und kostengünstiger Ausgestaltung die zuverlässige Kühlung eines effizient zu betreibenden Stators einer elektrischen Rotationsmaschine ermöglichen. Proceeding from this, the present invention is based on the object of providing a cooling device and a drive arrangement equipped therewith which, in a simple and cost-effective design, enable the reliable cooling of an efficiently operated stator of an electric rotary machine.
Diese Aufgabe wird durch die Kühlungseinrichtung nach Anspruch 1 sowie durch die Antriebsanordnung nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Kühlungseinrichtung sind in den Unteransprüchen 2-7 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Antriebsanordnung sind in den Unteransprüchen 9 und 10 angegeben. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen. This object is achieved by the cooling device according to claim 1 and by the drive arrangement according to claim 8. Advantageous embodiments of the cooling device are specified in subclaims 2-7. Advantageous embodiments of the drive arrangement are specified in subclaims 9 and 10. The features of the claims can be combined in any technically sensible manner, for which the explanations from the following description and features from the figures, which include additional embodiments of the invention, can also be consulted.
Die Erfindung betrifft eine Kühlungseinrichtung zur zumindest bereichsweisen Kühlung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend einen Stator mit mehreren Nuten und einen Wärmetauscher, der mit einer ersten Eingangseinrichtung strömungstechnisch an die Nuten angeschlossen ist, sodass ein ölbasiertes Kühlmedium durch als Bestandteil eines ölbasierten Kreislaufs ausgebildete Nuten des Stators sowie durch die erste Eingangseinrichtung in den Wärmetauscher strömen kann. Der Wärmetauscher ist mit einer zweiten Eingangseinrichtung strömungstechnisch in einen wasserbasierten Kreislauf zur Führung eines wasserbasierten Kühlmediums eingebunden, so dass im Wärmetauscher Wärme vom ölbasierten Kühlmedium auf das wasserbasierte Kühlmedium übertragbar ist. Der Wärmetauscher kann auch als Wärmeübertrager bezeichnet werden. Der Wärmetauscher ist als ein Wärmetauscher ausgestaltet, der eine indirekte Wärmeübertragung zwischen den aufgenommenen Kühlmedien ermöglicht, über eine Trenneinrichtung des Wärmetauschers, wie z. B. wenigstens eine Platte im Fall der Ausführung des Wärmetauschers als Plattenwärmeübertrager oder auch über eine Rohrwand im Fall der Ausführung des Wärmetauschers als Rohrbündelwärmeübertrager. Entsprechend kann es nicht zu einer Mischung des ölbasierten Kühlmediums und des wasserbasierten Kühlmediums kommen. The invention relates to a cooling device for at least partially cooling a stator of an electric rotary machine, comprising a stator with a plurality of grooves and a heat exchanger which is fluidly connected to the grooves with a first input device, so that an oil-based cooling medium is supplied through grooves formed as part of an oil-based circuit Stator and through the first input device can flow into the heat exchanger. The heat exchanger is fluidly integrated with a second input device into a water-based circuit for guiding a water-based cooling medium, so that heat can be transferred from the oil-based cooling medium to the water-based cooling medium in the heat exchanger. The heat exchanger can also be referred to as a heat exchanger. The heat exchanger is designed as a heat exchanger that enables indirect heat transfer between the cooling media received, via a separating device of the heat exchanger, such as. B. at least one plate in the case of the heat exchanger being designed as a plate heat exchanger or also via a tube wall in the case of the heat exchanger being designed as a tube bundle heat exchanger. Accordingly, there cannot be a mixture of the oil-based cooling medium and the water-based cooling medium.
Das ölbasierte Kühlmedium kann Öl sein, bzw. eine Emulsion. The oil-based cooling medium can be oil or an emulsion.
Die Kühlungseinrichtung kann derart ausgeführt sein, dass im Stator bzw. im ölbasierten Kreislauf ölbasiertes Kühlmedium vorhanden ist, und in wasserbasierten Kreislauf wasserbasiertes Kühlmedium vorhanden ist. In den Nuten des Stators sind Wicklungen angeordnet. Eine erste Ausgangseinrichtung des Wärmetauschers kann strömungstechnisch mit den Nuten des Stators verbunden sein, so dass im Wärmetauscher abgekühltes ölbasiertes Kühlmedium aus dem Wärmetauscher über dessen erste Ausgangseinrichtung den Nuten wieder zuführbar ist. Eine zweite Ausgangseinrichtung des Wärmetauschers kann strömungstechnisch in ein weiteres Kühlungskonzept eingebunden sein, so dass beispielsweise das erwärmte wasserbasierte Kühlmedium in einem Hauptkühlkreis eines mit dem Stator ausgerüsteten elektromotorischen antreibbaren Kraftfahrzeugs strömt. The cooling device can be designed in such a way that oil-based cooling medium is present in the stator or in the oil-based circuit, and water-based cooling medium is present in the water-based circuit. Windings are arranged in the slots of the stator. A first output device of the heat exchanger can be fluidly connected to the slots of the stator, so that oil-based cooling medium cooled in the heat exchanger can be fed back to the grooves from the heat exchanger via its first output device. A second output device of the heat exchanger can be fluidically integrated into a further cooling concept, so that, for example, the heated water-based cooling medium flows in a main cooling circuit of an electric motor driven motor vehicle equipped with the stator.
Weiterer Bestandteil des wasserbasierten Kreislaufes kann ein Kühler einer Leistungselektronik sein. Die gekühlte Leistungselektronik ist vorzugsweise eine Leistungselektronik, die einer mit dem Stator ausgerüsteten elektrischen Rotationsmaschine zugeordnet ist. Der Kühler der Leistungselektronik kann dabei ein integraler Bestandteil der Leistungselektronik sein, so dass die Leistungselektronik selbst ein Bestandteil der erfindungsgemäßen Kühlungseinrichtung ist. Another component of the water-based circuit can be a cooler for power electronics. The cooled power electronics is preferably power electronics that is assigned to an electrical rotating machine equipped with the stator. The cooler of the power electronics can be an integral part of the power electronics, so that the power electronics itself is a component of the cooling device according to the invention.
Entsprechend ist derart Wärme von der Leistungselektronik über den Kühler an das wasserbasierte Kühlmedium übertragbar, und dieses wasserbasierte Kühlmedium ist dem Wärmetauscher zuführbar, wobei der wasserbasierte Kreislauf derart eingerichtet ist bzw. betreibbar ist, dass die Temperatur des wasserbasierten Kühlmediums geringer ist als die Temperatur des ölbasierten Kühlmediums, sodass Wärme des Stators über das ölbasierte Kühlmedium im Wärmetauscher auf das wasserbasierte Kühlmedium übertragbar ist. Correspondingly, heat can be transferred from the power electronics via the cooler to the water-based cooling medium, and this water-based cooling medium can be supplied to the heat exchanger, the water-based circuit being set up or operable in such a way that the temperature of the water-based cooling medium is lower than the temperature of the oil-based one Cooling medium, so that heat from the stator can be transferred to the water-based cooling medium via the oil-based cooling medium in the heat exchanger.
Im ölbasierten Kreislauf kann eine Pumpe und/ oder ein Filter angeordnet sein. Zudem kann am ölbasierten Kreislauf ein Bypass ausgebildet sein, welcher den Stator umgeht. Der Volumenstrom des ölbasierten Kühlmediums durch den Bypass und/ oder durch den Stator bzw. durch dessen Nuten kann durch ein Stellventil eingestellt werden. A pump and/or a filter can be arranged in the oil-based circuit. In addition, a bypass can be formed on the oil-based circuit, which bypasses the stator. The volume flow of the oil-based cooling medium through the bypass and/or through the stator or through its grooves can be adjusted using a control valve.
Hinsichtlich der räumlichen Anordnung des Wärmetauschers kann vorgesehen sein, dass die Leistungselektronik und der Stator im Wesentlichen zwischen zwei gemeinsamen Ebenen angeordnet sind, wobei der Wärmetauscher entweder nicht zwischen den beiden Ebenen angeordnet ist, oder zwischen den beiden Ebenen angeordnet ist. With regard to the spatial arrangement of the heat exchanger, it can be provided that the power electronics and the stator are arranged essentially between two common levels, with the heat exchanger either not being arranged between the two levels, or being arranged between the two levels.
Bei einer Anordnung nicht zwischen den beiden Ebenen, und somit außerhalb eines von den Ebenen gebildeten Zwischenraums kann der Wärmetauscher oberhalb oder unterhalb von Leistungselektronik und Stator angeordnet sein. Bei einer Anordnung zwischen den beiden Ebenen, und somit innerhalb eines von den Ebenen gebildeten Zwischenraums ist der Wärmetauscher neben dem Stator bzw. neben der Leistungselektronik angeordnet. If the arrangement is not between the two levels, and thus outside of an intermediate space formed by the levels, the heat exchanger can be arranged above or below the power electronics and stator. When arranged between the two levels, and thus within an intermediate space formed by the levels, the heat exchanger is arranged next to the stator or next to the power electronics.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Antriebsanordnung für ein zumindest teilweise elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Kühlungseinrichtung sowie ein Getriebe, wobei das Getriebe mittels Getriebeöls im Getriebe kühlbar ist und strömungstechnisch an einen im wasserbasierten Kreislauf integrierten weiteren Wärmetauscher angeschlossen ist, zur Zuführung des Getriebeöls an den weiteren Wärmetauscher zwecks Übertragung von Wärme vom Getriebeöl auf das wasserbasierte Kühlmedium im wasserbasierten Kreislauf. Das Getriebe ist eine separate Einheit und kann entstehende Abwärme über einen Luft-Ölkühler an die Umgebung abgeben oder mit Hilfe eines weiteren Wärmetauschers ebenfalls an den Hauptkühlkreis übertragen. Dieser Wärmetauscher kann entweder als zusätzlicher Wärmetauscher oder als gekühlte Fläche im Getriebegehäuse ausgeführt sein. A further aspect of the present invention is a drive arrangement for a motor vehicle that can be driven at least partially by an electric motor, comprising a cooling device according to the invention and a transmission, the transmission being coolable by means of transmission oil in the transmission and being fluidly connected to a further heat exchanger integrated in the water-based circuit, for supplying the Gear oil to the additional heat exchanger for the purpose of transferring heat from the gear oil to the water-based cooling medium in the water-based circuit. The transmission is a separate unit and can release the resulting waste heat into the environment via an air-oil cooler or also transfer it to the main cooling circuit with the help of another heat exchanger. This heat exchanger can be designed either as an additional heat exchanger or as a cooled surface in the transmission housing.
Der wasserbasierte Kreislauf kann dabei strömungstechnisch an einen Hauptkühlkreis angeschlossen sein oder einen Bestandteil des Hauptkühlkreises ausbilden. Der Hauptkühlkreis kann der Hauptkühlkreis eines Kraftfahrzeugs sein und einen eigenen bzw. den Wärmetauscher als Bestandteil aufweisen, zur Wärmeabgabe vom Stator sowie von der Leistungselektronik und gegebenenfalls vom Getriebe an Umgebung und/ oder an andere Einrichtungen eines mit der Antriebsanordnung ausgestatteten Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel an eine Fahrgastzelle. The water-based circuit can be fluidically connected to a main cooling circuit or form a component of the main cooling circuit. The main cooling circuit can be the main cooling circuit of a motor vehicle and can have its own heat exchanger or the heat exchanger as a component, for dissipating heat from the stator and from the power electronics and possibly from the transmission to the environment and / or to other devices of a motor vehicle equipped with the drive arrangement, such as a passenger cell.
In alternativer Ausführungsform kann Wärme des Getriebes auch über das Getriebegehäuse abgegeben werden. In an alternative embodiment, heat from the transmission can also be released via the transmission housing.
Dabei ist der Ölkreislauf der mit dem Stator ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine nicht an den Ölkreislauf des Getriebes angeschlossen. Auch der weitere Wärmetauscher ist als ein Wärmetauscher ausgestaltet, der eine indirekte Wärmeübertragung zwischen aufgenommenen Kühlmedien ermöglicht, über eine Trenneinrichtung des weiteren Wärmetauschers, wie z. B. wenigstens eine Platte im Fall der Ausführung des weiteren Wärmetauschers als Plattenwärmeübertrager oder auch über eine Rohrwand im Fall der Ausführung des weiteren Wärmetauschers als Rohrbündelwärmeübertrager. Entsprechend kann es nicht zu einer Mischung des Getriebeöls und des wasserbasierten Kühlmediums kommen. The oil circuit of the electric rotating machine equipped with the stator is not connected to the oil circuit of the transmission. The further heat exchanger is also designed as a heat exchanger, which enables indirect heat transfer between cooling media received, via a separating device of the further heat exchanger, such as. B. at least one plate in the case of the design of the further heat exchanger as a plate heat exchanger or also via a pipe wall in the case of the design of the further heat exchanger as a tube bundle heat exchanger. Accordingly, there cannot be a mixture of the gear oil and the water-based cooling medium.
Dabei kann der Wärmetauscher im Wesentlichen eine Hohlzylinderform aufweisen und auf einer dem Getriebe gegenüberliegenden Seite einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine angeordnet sein, oder das Getriebe umgebend angeordnet sein, oder eine den Stator umfassende elektrische Rotationsmaschine umgebend angeordnet sein. The heat exchanger can essentially have a hollow cylindrical shape and can be arranged on a side of an electrical rotary machine comprising the stator that is opposite the transmission, or can be arranged surrounding the transmission, or can be arranged surrounding an electrical rotary machine comprising the stator.
Im Fall der Anordnung des Wärmetauschers auf einer dem Getriebe gegenüberliegenden Seite einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine kann entsprechend der Wärmetauscher mit seiner Längsachse der Hohlzylinderform achsparallel zu einer Ausgangswelle der elektrischen Rotationsmaschine bzw. einer Eingangswelle des Getriebes angeordnet sein. In the case of arranging the heat exchanger on a side of an electrical rotary machine comprising the stator opposite the transmission, the heat exchanger can be arranged with its longitudinal axis of the hollow cylindrical shape axially parallel to an output shaft of the electrical rotary machine or an input shaft of the transmission.
Im Fall der Anordnung des Wärmetauschers derart, dass er das Getriebe umgibt, ist entsprechend vorgesehen, dass das Getriebe zumindest bereichsweise in dem von der Hohlzylinderform des Wärmetauschers ausgebildeten Raum aufgenommen ist. Im Fall der Anordnung des Wärmetauschers derart, dass er die elektrische Rotationsmaschine umgibt, ist entsprechend vorgesehen, dass die elektrische Rotationsmaschine zumindest bereichsweise in dem von der Hohlzylinderform des Wärmetauschers ausgebildeten Raum aufgenommen ist. If the heat exchanger is arranged in such a way that it surrounds the transmission, it is correspondingly provided that the transmission is accommodated at least partially in the space formed by the hollow cylindrical shape of the heat exchanger. If the heat exchanger is arranged in such a way that it surrounds the electric rotary machine, it is correspondingly provided that the electric rotary machine is accommodated at least partially in the space formed by the hollow cylindrical shape of the heat exchanger.
Die erfindungsgemäße Kühlungseinrichtung und die damit ausgestattete Antriebsanordnung weisen die Vorteile auf, dass damit eine effektive Kühlung der Leistungselektronik mit Wasser-Glykol durchführbar ist, ohne dabei eine Sauberkeitsproblematik in der elektrischen Rotationsmaschine aufgrund von Verunreinigungen aus dem Getriebe oder Komponenten aus dem Hauptkühlkreis in Kauf nehmen zu müssen. Im Stator der elektrischen Rotationsmaschine lässt sich durch die Verwendung dielektrischer Kühlmedien zusätzlicher Isolationsaufwand verringern, bei gleichzeitiger Gewährleistung der Einhaltung der notwendigen elektrischen Sicherheit. The cooling device according to the invention and the drive arrangement equipped with it have the advantages that effective cooling of the power electronics with water-glycol can be carried out without having to accept a cleanliness problem in the electric rotating machine due to contamination from the transmission or components from the main cooling circuit must. The use of dielectric cooling media in the stator of the electric rotating machine can reduce additional insulation costs while at the same time ensuring compliance with the necessary electrical safety.
Zudem ergibt sich dadurch eine große Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung der Komponenten im ölbasierten Kreislauf der elektrischen Rotationsmaschine. This also results in a great deal of design freedom when arranging the components in the oil-based circuit of the electric rotating machine.
Bei Vorhandensein einer Pumpe kann diese an einem strömungstechnischen Auslass des Stators angeordnet sein, und ein Filter kann an einem strömungstechnischen Einlass des Stators angeordnet sein, um den maximalen Fluid-Druck innerhalb des Stators gering zu halten. Entsprechend lässt sich der Druck auf einen Bereich zwischen 0,1 bar und 1 bar begrenzen. Dies wiederum ermöglicht es, radiale Dichtelemente in den Nuten mit einer geringen Wandstärke auszuführen und entsprechend den Luftspalt zwischen Stator und Rotor klein zu halten. Aufgrund des allgemein geringen Drucks ist zudem die Gefahr der Beschädigung von Dichtungsund Isolationsbauteilen verringert. If a pump is present, it can be arranged on a fluidic outlet of the stator, and a filter can be arranged on a fluidic outlet Inlet of the stator may be arranged to keep the maximum fluid pressure within the stator low. Accordingly, the pressure can be limited to a range between 0.1 bar and 1 bar. This in turn makes it possible to design radial sealing elements in the grooves with a small wall thickness and to keep the air gap between the stator and rotor small. Due to the generally low pressure, the risk of damage to sealing and insulation components is also reduced.
Dies ermöglicht ein größeres Strömungsvolumen in den Nuten und entsprechend die Bereitstellung eines notwendigen Wärmekapazitätsstroms sowie des daraus resultierenden Wärmeübergangs. Des Weiteren ermöglicht diese Ausgestaltung eine Minimierung der Verlustleistung durch geringe Strömungswiderstände und den Einsatz einer darauf ausgelegten Pumpe mit minimaler Leistungsaufnahme. This enables a larger flow volume in the grooves and, accordingly, the provision of the necessary heat capacity flow and the resulting heat transfer. Furthermore, this design enables the power loss to be minimized through low flow resistance and the use of a pump designed for this purpose with minimal power consumption.
Die elektrische Rotationsmaschine kann mit einer maximalen Temperatur des ölbasierten Kühlmediums von 80°C bis 120°C betrieben werden. The electric rotary machine can be operated with a maximum oil-based cooling medium temperature of 80°C to 120°C.
Die aufgeführte Wärme kann an anderer Stelle genutzt werden, wie zum Beispiel in einem Thermomanagementsystem eines mit der Kühlungseinrichtung bzw. dem damit ausgestatteten Antriebsanordnung ausgerüsteten Kraftfahrzeugs. The heat listed can be used elsewhere, such as in a thermal management system of a motor vehicle equipped with the cooling device or the drive arrangement equipped with it.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the associated drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way limited by the purely schematic drawings, although it should be noted that the exemplary embodiments shown in the drawings are not limited to the dimensions shown. It is shown in
Figur 1 : die erfindungsgemäße Kühlungseinrichtung in schematischer Ansicht, Figur 2: den wasserbasierten Kreislauf der Kühlungseinrichtung, Figure 1: the cooling device according to the invention in a schematic view, Figure 2: the water-based circuit of the cooling device,
Figur 3: eine erste Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers außerhalb von zwei Ebenen, Figure 3: a first possibility of arranging the heat exchanger outside of two levels,
Figur 4: eine zweite Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers außerhalb von zwei Ebenen, Figure 4: a second possibility of arranging the heat exchanger outside of two levels,
Figur 5: eine dritte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers außerhalb von zwei Ebenen, Figur 6: eine vierte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers außerhalb von zwei Ebenen, Figure 5: a third option for arranging the heat exchanger outside of two levels, Figure 6: a fourth option for arranging the heat exchanger outside of two levels,
Figur 7: eine erste Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen, Figure 7: a first possibility of arranging the heat exchanger within two levels,
Figur 8: eine zweite Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen, Figure 8: a second possibility of arranging the heat exchanger within two levels,
Figur 9: eine dritte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen, Figure 9: a third possibility of arranging the heat exchanger within two levels,
Figur 10: eine vierte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen, Figure 10: a fourth option for arranging the heat exchanger within two levels,
Figur 11 : eine fünfte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen, Figure 11: a fifth possibility of arranging the heat exchanger within two levels,
Figur 12: eine sechste Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen, Figure 12: a sixth possibility of arranging the heat exchanger within two levels,
Figur 13: eine siebente Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers innerhalb von zwei Ebenen, Figure 13: a seventh possibility of arranging the heat exchanger within two levels,
Figur 14: eine erste Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers in Bezug zu einem Getriebe, Figure 14: a first possibility of arranging the heat exchanger in relation to a gearbox,
Figur 15: eine zweite Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers in Bezug zu einem Getriebe, und Figure 15: a second possibility of arranging the heat exchanger in relation to a gearbox, and
Figur 16: eine dritte Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers in Bezug zu einem Getriebe. Figure 16: a third possibility for arranging the heat exchanger in relation to a gearbox.
Zunächst wird der allgemeine Aufbau der erfindungsgemäßen Kühlungseinrichtung 1 anhand von Figur 1 erläutert. First, the general structure of the cooling device 1 according to the invention is explained with reference to FIG.
Die Kühlungseinrichtung 1 umfasst eine elektrische Rotationsmaschine 10, die einen hier nicht extra dargestellten Stator umfasst, in dem Nuten ausgebildet sind, in denen Wicklungen verlaufen. The cooling device 1 includes an electric rotary machine 10, which includes a stator, not shown here, in which grooves are formed in which windings run.
Des Weiteren umfasst die Kühlungseinrichtung 1 einen Wärmetauscher 20. der Wärmetauscher 20 ist mit einer ersten Eingangseinrichtung 21 strömungstechnisch mit Nuten des Stators der elektrischen Rotationsmaschine 10 verbunden. Eine erste Ausgangseinrichtung 23 des Wärmetauschers 20 ist ebenfalls strömungstechnisch mit den Nuten des Stators der elektrischen Rotationsmaschine 10 verbunden. Dadurch wird ein ölbasierter Kreislauf 40 ausgebildet ist, der dazu eingerichtet ist, ölbasiertes Kühlmedium 41 durch die Nuten in der elektrischen Rotationsmaschine 10 sowie durch den Wärmetauscher 20 zu führen. Furthermore, the cooling device 1 comprises a heat exchanger 20. The heat exchanger 20 is fluidically connected to a first input device 21 with grooves in the stator of the electric rotary machine 10. A first output device 23 of the heat exchanger 20 is also fluidly connected to the slots of the stator of the electric rotary machine 10. Through this an oil-based circuit 40 is formed, which is set up to guide oil-based cooling medium 41 through the grooves in the electric rotary machine 10 and through the heat exchanger 20.
Der Wärmetauscher 20 ist mit einer zweiten Eingangseinrichtung 22 und mit einer zweiten Ausgangseinrichtung 24 in einen wasserbasierten Kreislauf 30 eingebunden, der dazu eingerichtet ist, wasserbasiertes Kühlmedium 31 durch den Wärmetauscher 20 strömen zu lassen. The heat exchanger 20 is integrated with a second input device 22 and with a second output device 24 into a water-based circuit 30, which is set up to allow water-based cooling medium 31 to flow through the heat exchanger 20.
Entsprechend kann in den Nuten des Stators der elektrischen Rotationsmaschine 10 vorhandene Wärme auf das ölbasierte Kühlmedium 41 übertragen werden. Durch Zuführung des ölbasierten Kühlmediums 41 in den Wärmetauscher 20 kann hier Wärme von dem ölbasierten Kühlmedium 41 auf das wasserbasierte Kühlmedium 31 im wasserbasierten Kreislauf 30 übertragen werden. Damit kann effizient Wärme von der elektrischen Rotationsmaschine 10 abgeführt werden. Zur Anwendung kommt vorzugsweise ein dielektrisches Wärmeträger- oder Getriebeöl als ölbasiertes Kühlmedium 41 . Accordingly, heat present in the slots of the stator of the electric rotary machine 10 can be transferred to the oil-based cooling medium 41. By feeding the oil-based cooling medium 41 into the heat exchanger 20, heat can be transferred from the oil-based cooling medium 41 to the water-based cooling medium 31 in the water-based circuit 30. This allows heat to be efficiently dissipated from the electric rotary machine 10. A dielectric heat transfer or gear oil is preferably used as the oil-based cooling medium 41.
In den wasserbasierten Kreislauf 30 ist des Weiteren eine Leistungselektronik 60 integriert, gegebenenfalls mit einem eigenen, hier nicht extra dargestellten Kühler. Von der Leistungselektronik 60 bzw. deren Kühler ist Wärme von der Leistungselektronik 60 auf das wasserbasierte Kühlmedium 31 im wasserbasierten Kreislauf 30 übertragbar. Power electronics 60 are also integrated into the water-based circuit 30, possibly with their own cooler, not shown here. Heat can be transferred from the power electronics 60 or its cooler to the water-based cooling medium 31 in the water-based circuit 30.
Der wasserbasierte Kreislauf 30 kann dabei ein Bestandteil eines Hauptkühlkreises 50 sein, wie zum Beispiel eines Hauptkühlkreises 50 eines mit der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 ausgestatteten elektromotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. The water-based circuit 30 can be a component of a main cooling circuit 50, such as a main cooling circuit 50 of an electric motor-driven motor vehicle equipped with the electric rotary machine 10 and the power electronics 60.
Entsprechend lässt sich aufgrund des wasserbasierten Kühlmediums 31 , welches insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch sein kann, sehr effizient Wärme von der Leistungselektronik 60 abführen sowie auch Wärme von der elektrischen Rotationsmaschine 10 abführen. Aufgrund dessen, dass die Leistungselektronik 60 und die elektrische Rotationsmaschine 10 von unterschiedlichen Strömungsmedien durchflossen werden, ist der elektrische Isolationsaufwand an der elektrischen Rotationsmaschine 10 relativ gering, bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hohen Effizienz hinsichtlich der Wärmeabfuhr von der Leistungselektronik 60 und einer geringen Verschmutzungsneigung. Accordingly, due to the water-based cooling medium 31, which can in particular be a water-glycol mixture, heat can be dissipated very efficiently from the power electronics 60 and heat can also be dissipated from the electric rotating machine 10. Due to the fact that different flow media flow through the power electronics 60 and the electrical rotary machine 10, the electrical insulation effort on the electrical rotary machine 10 is relatively low, while at the same time ensuring a high level Efficiency in terms of heat dissipation from the power electronics 60 and a low tendency to contamination.
Der ölbasierte Kreislauf 40 ist in Figur 2 separat dargestellt. Hinzukommend zu den bereits in Bezug auf Figur 1 erläuterten Bestandteilen des ölbasierten Kreislaufs 40, weist dieser in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform des Weiteren zwischen dem Wärmetauscher 20 und elektrische Rotationsmaschine 10 einen Filter 80 auf, zur Filterung des ölbasierten Kühlmediums 41 . The oil-based circuit 40 is shown separately in Figure 2. In addition to the components of the oil-based circuit 40 already explained with reference to FIG. 1, in the embodiment shown in FIG.
Des Weiteren ist hier eine Pumpe 70 ersichtlich, die stromabwärts der elektrischen Rotationsmaschine 10 und somit vor dem Wärmetauscher 20 angeordnet ist. Um Druckschwankungen auszugleichen ist an den ölbasierten Kreislauf 40 des Weiteren ein Ausgleichsbehälter 90 oder Druckspeicher angeschlossen, zum Ausgleich der temperaturbedingten Volumenausdehnung des ölbasierten Kühlmediums 41. Furthermore, a pump 70 can be seen here, which is arranged downstream of the electric rotary machine 10 and thus in front of the heat exchanger 20. In order to compensate for pressure fluctuations, an expansion tank 90 or pressure accumulator is also connected to the oil-based circuit 40 to compensate for the temperature-related volume expansion of the oil-based cooling medium 41.
Des Weiteren weist der ölbasierte Kreislauf 40 in der hier dargestellten Ausführungsform ein Stellventil 101 auf, durch welches der Volumenstrom an ölbasierten Kühlmedium 41 durch einen Bypass 100 einstellbar ist, der die elektrische Rotationsmaschine 10 umgeht. Furthermore, the oil-based circuit 40 in the embodiment shown here has a control valve 101, through which the volume flow of oil-based cooling medium 41 can be adjusted through a bypass 100, which bypasses the electric rotary machine 10.
Zur räumlichen Anordnung der Komponenten der Kühleinrichtung 1 gibt es verschiedene Ansätze, die nach Platzierung des Wärmetauschers 20 unterschieden werden. Der Wärmetauscher 20 ist in den hier dargestellten Varianten als Plattenwärmetauscher ausgeführt. Dabei können seine Abmessungen je nach Verbauungsposition angepasst sein und die Plattengeometrie, sowie die innere Verschaltung von seriellen und parallelen Kanälen mit Blick auf Druckverlust und Wärmeleistung geändert werden. There are various approaches to the spatial arrangement of the components of the cooling device 1, which are differentiated according to the placement of the heat exchanger 20. The heat exchanger 20 is designed as a plate heat exchanger in the variants shown here. Its dimensions can be adjusted depending on the installation position and the plate geometry as well as the internal connection of serial and parallel channels can be changed with a view to pressure loss and heat output.
Figuren 3-6 zeigen dabei Möglichkeiten der Anordnung des Wärmetauschers 20 außerhalb von 2 Ebenen 110,111 , die parallel zueinander angeordnet sind und zwischen denen die elektrische Rotationsmaschine 10 sowie die Leistungselektronik 60 angeordnet sind. Figures 3-6 show options for arranging the heat exchanger 20 outside of 2 levels 110, 111, which are arranged parallel to one another and between which the electric rotary machine 10 and the power electronics 60 are arranged.
Figur 3 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 flach ausgeführt ist und auf der Oberseite eines Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert ist. Der Filter 80 schließt dabei im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche des Gehäuses ab. Der Wärmetauscher 20 ist oberhalb der zweiten Ebene 111 und demzufolge oberhalb der elektrischen Rotationsmaschine 10 angebracht. Figur 4 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung des Wärmetauschers 20, bei der der Filter 80 flach ausgeführt ist und auf der Unterseite eines Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert ist. Der Filter 80 schließt dabei im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche des Gehäuses ab. Der Wärmetauscher 20 ist unterhalb der ersten Ebene 110 und demzufolge unterhalb der elektrischen Rotationsmaschine 10 angebracht. Der Wärmetauscher 20 nutzt die komplette Fläche unterhalb der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60. Figure 3 shows a possible arrangement in which the filter 80 is designed flat and is integrated on the top of a housing of the electric rotary machine 10. The filter 80 is essentially flush with the surface of the housing. The heat exchanger 20 is mounted above the second level 111 and therefore above the electric rotating machine 10. Figure 4 shows a possible arrangement of the heat exchanger 20, in which the filter 80 is designed flat and is integrated on the underside of a housing of the electric rotary machine 10. The filter 80 is essentially flush with the surface of the housing. The heat exchanger 20 is mounted below the first level 110 and therefore below the electric rotating machine 10. The heat exchanger 20 uses the entire area below the electrical rotating machine 10 and the power electronics 60.
Figur 5 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt ist und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen von elektrischer Rotationsmaschine 10 und Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist ebenfalls von unten angebracht und nutzt die komplette Fläche unterhalb der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60. Figure 5 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and is integrated on the underside into a free space in the housing of the electrical rotating machine 10 and is almost flush with the housings of the electrical rotating machine 10 and power electronics 60. The heat exchanger 20 is also attached from below and uses the entire area below the electric rotating machine 10 and the power electronics 60.
Figur 6 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt ist und auf der Oberseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen von elektrischer Rotationsmaschine 10 und Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist ebenfalls von oben angebracht. Figure 6 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and is integrated on the top into a free space in the housing of the electrical rotating machine 10 and is almost flush with the housings of the electrical rotating machine 10 and power electronics 60. The heat exchanger 20 is also attached from above.
Figuren 7 bis 13 zeigen dabei Möglichkeiten der Anordnung des Wärmetauschers 20 zwischen den zwei Ebenen 110,111 , die parallel zueinander angeordnet sind und zwischen denen die elektrische Rotationsmaschine 10 sowie die Leistungselektronik 60 angeordnet sind. Figures 7 to 13 show options for arranging the heat exchanger 20 between the two levels 110, 111, which are arranged parallel to one another and between which the electrical rotary machine 10 and the power electronics 60 are arranged.
Figur 7 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 quaderförmig und flach ausgeführt ist und in einer Vertiefung des Gehäuses der Leistungselektronik 60 verbaut ist. Daneben ist der Wärmetauscher 20 verbaut und nutzt die komplette seitliche Fläche des Gehäuses der Leistungselektronik aus. Figure 7 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cuboid and flat and is installed in a recess in the housing of the power electronics 60. The heat exchanger 20 is installed next to it and uses the entire lateral surface of the power electronics housing.
Figur 8 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt ist und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert ist und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist neben der Leistungselektronik 60 verbaut und nutzt die komplette seitliche Fläche des Gehäuses der Leistungselektronik 60 aus. Figur 9 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und nutzt die komplette Fläche der Komponenten aus. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, da einige begrenzende Gehäusewände durch den Wärmetauscher ersetzt werden. Figure 8 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and is integrated on the underside into a free space in the housing of the electrical rotating machine 10 and is thereby almost flush with the housings of the electrical rotating machine 10 and the power electronics 60 completes. The heat exchanger 20 is installed next to the power electronics 60 and uses the entire lateral surface of the housing of the power electronics 60. Figure 9 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and integrated on the underside into a free space in the housing of the electric rotating machine 10 and is almost flush with the housings of the electric rotating machine 10 and the power electronics 60. The heat exchanger 20 is installed between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10 and uses the entire surface area of the components. This allows installation space to be saved because some of the limiting housing walls are replaced by the heat exchanger.
Figur 10 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 quaderförmig und flach ausgeführt ist und in einem Freiraum zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 integriert ist. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und nutzt die komplette Fläche der Komponenten aus. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, da einige begrenzende Gehäusewände durch den Wärmetauscher ersetzt werden. Figur 11 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und nutzt dabei eine Vertiefung am Gehäuse der Leistungselektronik 60 mit, wodurch die benötigte Breite verringert wird. Figure 10 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cuboid and flat and is integrated in a free space between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10. The heat exchanger 20 is installed between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10 and uses the entire surface area of the components. This allows installation space to be saved because some of the limiting housing walls are replaced by the heat exchanger. Figure 11 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and integrated on the underside into a free space in the housing of the electrical rotating machine 10 and is almost flush with the housings of the electrical rotating machine 10 and the power electronics 60. The heat exchanger 20 is installed between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10 and uses a recess on the housing of the power electronics 60, whereby the required width is reduced.
Figur 12 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und nutzt dabei einen Freiraum innerhalb der Leistungselektronik 60 mit, wodurch die benötigte Breite verringert wird. Figure 12 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and integrated on the underside into a free space in the housing of the electric rotating machine 10 and is almost flush with the housings of the electric rotating machine 10 and the power electronics 60. The heat exchanger 20 is installed between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10 and uses a free space within the power electronics 60, whereby the required width is reduced.
Figur 13 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Filter 80 zylindrisch ausgeführt und auf der Unterseite in einen Freiraum des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 integriert und dabei nahezu bündig mit den Gehäusen der elektrischen Rotationsmaschine 10 und der Leistungselektronik 60 abschließt. Der Wärmetauscher 20 ist zwischen Leistungselektronik 60 und elektrischer Rotationsmaschine 10 verbaut und ist seitlich des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 angeordnet. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, da einige begrenzende Gehäusewände durch den Wärmetauscher 20 ersetzt werden. Figuren 14 bis 16 zeigen Ausgestaltungen und Möglichkeiten der Anordnung des Wärmetauschers 20, bei denen der Wärmetauscher 20 im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders definiert. Der Wärmetauscher 20 kann dabei aus ringförmigen Platten aufgebaut sein. Gleichzeitig zeigen die Figuren 14-16 Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung. Figure 13 shows a possible arrangement in which the filter 80 is cylindrical and on the underside in a free space in the housing of the electrical Rotary machine 10 integrated and almost flush with the housings of the electric rotary machine 10 and the power electronics 60. The heat exchanger 20 is installed between the power electronics 60 and the electric rotating machine 10 and is arranged to the side of the housing of the electric rotating machine 10. As a result, installation space can be saved since some delimiting housing walls are replaced by the heat exchanger 20. Figures 14 to 16 show configurations and possibilities for the arrangement of the heat exchanger 20, in which the heat exchanger 20 essentially defines the shape of a hollow cylinder. The heat exchanger 20 can be constructed from annular plates. At the same time, Figures 14-16 show embodiments of the drive arrangement according to the invention.
Figur 14 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der Wärmetauscher 20 auf einer einem Getriebe 120 axial gegenüberliegenden Seite der elektrischen Rotationsmaschine 10 angeordnet ist. Figure 14 shows a possible arrangement in which the heat exchanger 20 is arranged on a side of the electric rotary machine 10 that is axially opposite a gear 120.
Der benötigte Bauraum wird entweder um die axiale Länge und/oder durch die radiale Größe der Hohlzylinderform des Wärmetauschers 20 erweitert. The required installation space is expanded either by the axial length and/or by the radial size of the hollow cylindrical shape of the heat exchanger 20.
Entsprechend ist hier der Wärmetauscher 20 auf der Drehachse der elektrischen Rotationsmaschine 10 bzw. des Getriebes 120 angeordnet. Accordingly, here the heat exchanger 20 is arranged on the axis of rotation of the electric rotary machine 10 or the transmission 120.
Figur 15 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der hohlzylinderförmige Wärmetauscher 20 um das Getriebe 120 herum angeordnet ist und dabei ein Gehäuse des Getriebes ersetzt. Der benötigte Bauraum wird entweder um die axiale Länge und/oder durch die radiale Größe der Hohlzylinderform des Wärmetauschers 20 erweitert. Zusätzlich kann in dieser Ausführungsform eine Getriebeölkühlung umgesetzt werden, in dem das Getriebeöl von innen an gekühlte Stellen des Wärmetauschers 20 gespritzt wird. Figure 15 shows a possible arrangement in which the hollow cylindrical heat exchanger 20 is arranged around the transmission 120 and thereby replaces a housing of the transmission. The required installation space is expanded either by the axial length and/or by the radial size of the hollow cylindrical shape of the heat exchanger 20. In addition, in this embodiment, transmission oil cooling can be implemented by spraying the transmission oil from the inside into cooled areas of the heat exchanger 20.
Figur 16 zeigt eine Möglichkeit der Anordnung, bei der der hohlzylinderförmige Wärmetauscher 20 um die elektrische Rotationsmaschine 10 herum angeordnet ist und dabei Teile des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 ersetzt. Eingänge und Ausgänge des Wärmetauschers 20 sind dadurch mit sehr kurzen Leitungen umsetzbar. Die Länge des Wärmetauschers 20 ist auf die Länge des Gehäuses der elektrischen Rotationsmaschine 10 angepasst. Der benötigte Bauraum wird entweder um die axiale Länge und/oder durch die radiale Größe der Hohlzylinderform des Wärmetauschers 20 erweitert. Figure 16 shows a possible arrangement in which the hollow cylindrical heat exchanger 20 is arranged around the electric rotary machine 10 and thereby replaces parts of the housing of the electric rotary machine 10. Inputs and outputs of the heat exchanger 20 can therefore be implemented with very short lines. The length of the heat exchanger 20 is adapted to the length of the housing of the electric rotary machine 10. The required installation space is expanded either by the axial length and/or by the radial size of the hollow cylindrical shape of the heat exchanger 20.
Die in Figuren 15 und 16 dargestellten Ausführungsformen haben den Vorteil, dass damit jeweils ein axial sehr kompakt bauendes Design möglich ist, da die Welle der elektrischen Rotationsmaschine 10 und/oder des Getriebes 120 durch den Wärmetauscher 20 geführt werden. The embodiments shown in Figures 15 and 16 have the advantage that an axially very compact design is possible, since the shaft of the electric rotary machine 10 and/or the transmission 120 is guided through the heat exchanger 20.
Mit der hier vorgeschlagenen Kühlungseinrichtung sowie der damit ausgestatteten Antriebsanordnung werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, die in einfacher und kostengünstiger Ausgestaltung die zuverlässige Kühlung eines effizient zu betreibenden Stators einer elektrischen Rotationsmaschine ermöglichen. The cooling device proposed here and the drive arrangement equipped with it provide devices which, in a simple and cost-effective design, enable the reliable cooling of an efficiently operated stator of an electric rotary machine.
Bezuqszeichenliste Reference character list
1 Kühlungseinrichtung 1 cooling device
10 elektrische Rotationsmaschine 10 electric rotary machine
20 Wärmetauscher 20 heat exchangers
21 erste Eingangseinrichtung 21 first entrance device
22 zweite Eingangseinrichtung 22 second input device
23 erste Ausgangseinrichtung 23 first output device
24 zweite Ausgangseinrichtung 24 second output device
30 wasserbasierter Kreislauf 30 water-based circuit
31 wasserbasiertes Kühlmedium 31 water-based cooling medium
40 ölbasierter Kreislauf 40 oil-based circuit
41 ölbasiertes Kühlmedium 41 oil based cooling medium
50 Hauptkühlkreis 50 main cooling circuit
60 Leistungselektronik 60 power electronics
70 Pumpe 70 pump
80 Filter 80 filters
90 Ausgleichsbehälter 90 expansion tanks
100 Bypass 100 bypass
101 Stellventil 101 control valve
110 Erste Ebene 110 First level
111 Zweite Ebene 111 Second level
120 Getriebe 120 gears

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Kühlungseinrichtung (1 ) zur zumindest bereichsweisen Kühlung eines Stators einer elektrischen Rotationsmaschine (10), umfassend einen Stator mit mehreren Nuten und einen Wärmetauscher (20), der mit einer ersten Eingangseinrichtung (21 ) strömungstechnisch an die Nuten angeschlossen ist, sodass ein ölbasiertes Kühlmedium (41 ) durch als Bestandteil eines ölbasierten Kreislaufs (40) ausgebildete Nuten des Stators sowie durch die erste Eingangseinrichtung (21 ) in den Wärmetauscher (20) strömen kann, und wobei der Wärmetauscher (20) mit einer zweiten Eingangseinrichtung (22) strömungstechnisch in einen wasserbasierten Kreislauf (30) zur Führung eines wasserbasierten Kühlmediums (31 ) eingebunden ist, so dass im Wärmetauscher (20) Wärme vom ölbasierten Kühlmedium (41 ) auf das wasserbasierte Kühlmedium (31 ) übertragbar ist. 1 . Cooling device (1) for at least partially cooling a stator of an electric rotary machine (10), comprising a stator with a plurality of grooves and a heat exchanger (20), which is fluidly connected to the grooves with a first input device (21), so that an oil-based cooling medium ( 41) can flow into the heat exchanger (20) through grooves of the stator designed as part of an oil-based circuit (40) and through the first input device (21), and wherein the heat exchanger (20) flows into a water-based one with a second input device (22). Circuit (30) for guiding a water-based cooling medium (31) is integrated, so that in the heat exchanger (20) heat can be transferred from the oil-based cooling medium (41) to the water-based cooling medium (31).
2. Kühlungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteil des wasserbasierten Kreislaufes (30) ein Kühler einer Leistungselektronik (60) ist. 2. Cooling device according to claim 1, characterized in that part of the water-based circuit (30) is a cooler for power electronics (60).
3. Kühlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ölbasierten Kreislauf (30) eine Pumpe (70) angeordnet ist. 3. Cooling device according to one of claims 1 and 2, characterized in that a pump (70) is arranged in the oil-based circuit (30).
4. Kühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ölbasierten Kreislauf (30) ein Filter (80) angeordnet ist. 4. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that a filter (80) is arranged in the oil-based circuit (30).
5. Kühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den ölbasierten Kreislauf (40) ein Ausgleichsbehälter (90) angeschlossen ist. 5. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that an expansion tank (90) is connected to the oil-based circuit (40).
6. Kühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am ölbasierten Kreislauf (40) ein Bypass (100) ausgebildet ist, welcher den Stator umgeht. 6. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that a bypass (100) is formed in or on the oil-based circuit (40), which bypasses the stator.
7. Kühlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (60) und der Stator im Wesentlichen zwischen zwei gemeinsamen Ebenen (110,111 ) angeordnet sind, wobei der Wärmetauscher (20) i) nicht zwischen den beiden Ebenen (110,111 ) angeordnet ist, oder ii) zwischen den beiden Ebenen (110,111 ) angeordnet ist. 7. Cooling device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the power electronics (60) and the stator are arranged essentially between two common levels (110,111), wherein the heat exchanger (20) i) is not between the two levels (110,111 ) is arranged, or ii) is arranged between the two levels (110,111).
8. Antriebsanordnung für ein zumindest teilweise elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend eine Kühlungseinrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 sowie ein Getriebe (120), wobei das Getriebe (120) mittels Getriebeöls im Getriebe (120) kühlbar ist, und das Getriebe (120) strömungstechnisch an einen im wasserbasierten Kreislauf (30) integrierten weiteren Wärmetauscher angeschlossen ist, zur Zuführung des Getriebeöls an den weiteren Wärmetauscher zwecks Übertragung von Wärme vom Getriebeöl auf das wasserbasierte Kühlmedium (31 ) im wasserbasierten Kreislauf (30). 8. Drive arrangement for a motor vehicle that can be driven at least partially by an electric motor, comprising a cooling device (1) according to one of claims 1 to 7 and a transmission (120), wherein the transmission (120) can be cooled by means of transmission oil in the transmission (120), and the transmission (120) is fluidly connected to a further heat exchanger integrated in the water-based circuit (30), for supplying the gear oil to the further heat exchanger for the purpose of transferring heat from the gear oil to the water-based cooling medium (31) in the water-based circuit (30).
9. Antriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserbasierte Kreislauf (30) strömungstechnisch an einen Hauptkühlkreis (50) angeschlossen ist oder einen Bestandteil des Hauptkühlkreises (50) ausbildet. 9. Drive arrangement according to claim 8, characterized in that the water-based circuit (30) is fluidly connected to a main cooling circuit (50) or forms a component of the main cooling circuit (50).
10. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (20) im Wesentlichen eine Hohlzylinderform aufweist, und i) auf einer dem Getriebe (120) gegenüberliegenden Seite einer den Stator umfassenden elektrischen Rotationsmaschine (10) angeordnet ist, ii) das Getriebe (120) umgebend angeordnet ist, oder iii) eine den Stator umfassende elektrische Rotationsmaschine (10) umgebend angeordnet ist. 10. Drive arrangement according to one of claims 8 and 9, characterized in that the heat exchanger (20) essentially has a hollow cylindrical shape, and i) is arranged on a side of an electric rotary machine (10) comprising the stator opposite the gear (120), ii) the transmission (120) is arranged surrounding it, or iii) an electric rotary machine (10) comprising the stator is arranged surrounding it.
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