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Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für einen elektrischen Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Elektromotoren erzeugen im Betrieb Wärme. Die mit steigender Temperatur des Motors wird die Motorleistung und somit sein Wirkungsgrad verringert. In der Regel werden Elektromotoren über einen Luftstrom oder einen Wärmetauscher mit einem Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, gekühlt. So sind etwa Ausführungsformen bekannt, bei denen Kühlwasser durch einen Mantel zwischen Außengehäuse und Statorgehäuse mäanderförmig oder spiralförmig geleitet wird. Der Wärmeleitpfad von Wärmequelle zu Wärmesenke ist hier vergleichsweise groß. Um die Wärme näher an ihrem Entstehungsort abzuleiten wird alternativ eine Ölkühlung eingesetzt. Stator und Rotor können direkt zur Kühlung mit einem Kühlöl angeströmt werden, da das Kühlöl nicht elektrisch leitend ist. Zum Wärmeaustrag wird ein Öl-Kühlwasser-Wärmetauscher eingesetzt, der an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen ist. Dieser Kühlkreislauf wird üblicherweise durch eine Pumpe angetrieben, was mit erhöhtem Platzbedarf und zusätzlichem Energieverbrauch durch den Pumpenantrieb einhergeht.
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Die
DE 10 2016 202 886 A1 ebenso wie die
DE 11 2011 101 912 T5 zeigen jeweils einen für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs geeigneten Elektromotor mit einem inneren Ölkühlkreislauf der über einen äußeren Kühlkreislauf in Form eines Kühlmantels rückgekühlt wird.
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Ferner zählt durch die
EP 1 547 228 B1 eine elektrische Maschine mit einer Kühleinrichtung zum Stand der Technik. Die Kühleinrichtung umfasst einen Verdampfer und einen gegenüber dem Verdampfer geodätisch höher liegenden Kondensator, wobei die Zirkulation eines Kältemittels in einem geschlossenen Kreislauf nach einem Thermosiphon-Effekt aufgrund von Dichteunterschieden zwischen Dampf und Flüssigkeit des Kältemittels erfolgt.
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Auch die
DE 28 10 222 A1 und die
DE 10 2015 002 768 A1 zeigen Elektromotoren mit Kühlmitteln die im Bereich einer Wärmequelle verdampfen und in einem externen Kondensator wieder verflüssigen.
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Die
DE 10 2016 204 959 A1 offenbart einen Elektromotor bei dem ein Kühlmittel in dessen Innenraum verdampft, über eine Dampfleitung einem externen Kondensator zugeführt wird und über eine Flüssigkeitsleitung zurück zum Elektromotor gelangt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine platz- und energiesparende Kühlanordnung für einen elektrischen Antrieb zur Verfügung zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Besondere Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 12.
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Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für einen elektrischen Antrieb mit einem flüssigkeitsgekühlten Elektromotor, wobei ein Kühlmittel den Elektromotor durchströmt und dabei Wärme aus dem Elektromotor aufnimmt, mit zumindest einer Verdampfereinheit zum Kühlen des erwärmten Kühlmittels mit einem mittelbar oder unmittelbar mit dem Kühlmittel in Kontakt stehendem Gehäuse, die dazu ausgelegt ist, innerhalb des Gehäuses ein Betriebsmittel durch Aufnahme der Wärme des Kühlmittels zu verdampfen, mit mindestens einer Dampfleitung für den Transport des dampfförmigen Betriebsmittels zu einem Kondensator, der dazu ausgelegt ist, das dampfförmige Betriebsmittel unter Abgabe von Wärme zu verflüssigen, sowie mit mindestens einer Flüssigleitung für den Transport des flüssigen Betriebsmittels zu der Verdampfereinheit.
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Der flüssigkeitsgekühlte Elektromotor umfasst einen Rotor und einen diesen umgebenden Stator. Beide Komponenten erwärmen sich im Betrieb, wobei die Wärme durch ein Kühlmittel abgeführt wird. Bevorzugt wird der Elektromotor von dem Kühlmittel durchströmt, um die Wärme unmittelbar an den erwärmten Komponenten abzuführen.
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Insbesondere ist der Elektromotor für ein Kraftfahrzeug vorgesehen.
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Die Verdampfereinheit kann sich beispielsweise mit dem Motorgehäuse in vollflächiger Anlage befinden und so mittelbar mit dem Kühlmittel in Kontakt treten, um die Wärme des Kühlmittels aufzunehmen. Die Verdampfereinheit kann sich beispielsweise auch innerhalb des Motorgehäuses oder integriert in einer der Wände des Motorgehäuses befinden, um unmittelbar mit dem Kühlmittel in Kontakt zu kommen. Weiterhin kann sich die Verdampfereinheit beispielsweise an oder in einer von dem Elektromotor wegführenden Leitung für das Kühlmittel befinden, um dort die Wärme aus dem Kühlmittel aufzunehmen. Ebenso ist es möglich, dass sich die Verdampfereinheit an oder in einem in den Kühlkreislauf integrierten Kühlmittelreservoir befindet, um dort die Wärme aus dem Kühlmittel aufzunehmen.
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Die Verdampfereinheit kann abhängig von den Randbedingungen so angeordnet werden, dass Wärme lokal sehr effizient aufgenommen werden kann. Das führt zu einer sehr kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Kühlanordnung. Insbesondere durch die Anordnung in unmittelbarem Kontakt mit dem Kühlmittel, so dass das Kühlmittel die Verdampfereinheit umspült oder daran vorbeiströmt, wird eine platzsparende Anordnung geschaffen.
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Es ist auch möglich, dass mehrere Verdampfereinheiten eingesetzt werden, um die Kühlwirkung weiter zu verbessern. Dabei können die Verdampfereinheiten sowohl alle an dem Elektromotor oder an einer Kühlmittelleitung oder einem Reservoir als auch an unterschiedlichen Orten eingesetzt werden.
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In der Verdampfereinheit wird ein zunächst flüssiges Betriebsmittel in einen dampfförmigen Zustand überführt. Die dazu aus dem Kühlmittel entnommene Wärme wird in Form von latenter Wärme in dem Dampf gespeichert und so mit einer hohen Energiedichte über eine oder mehrere Dampfleitungen zu einem oder auch mehreren Kondensatoren transportiert. Das Betriebsmittel wird daher so ausgewählt, dass seine Verdampfungstemperatur zu der Temperatur des erwärmten Kühlmittels im Betrieb passt, um eine möglichst effiziente Verdampfung des Betriebsmittels zu ermöglichen. Als Betriebsmittel zum Einsatz kommt hier beispielsweise Wasser oder ein Alkohol wie Ethanol oder Methanol oder dergleichen.
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Der Kondensator ist beispielsweise als Wärmetauscher ausgeführt, in welchem die in dem dampfförmigen Betriebsmittel gespeicherte Wärme wieder abgegeben und das Betriebsmittel wieder verflüssigt wird. Die Wärme kann an die Umgebung abgegeben werden oder einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Das flüssige Betriebsmittel gelangt dann über eine Flüssigleitung zurück zu der Verdampfereinheit.
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Durch den Abtransport der Wärme mittels eines dampfförmigen Betriebsmittels ist der Kreislauf sehr effizient. Eine herkömmliche Flüssigwasserkühlung könnte Wärme nicht in gleichem Maße aufnehmen, so dass ein größeres Wasservolumen zu transportieren wäre, was deutlichen technischen Mehraufwand und höheren Platz- und Energiebedarf mit sich bringt.
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Bevorzugt ist der Kondensator von einer Bodenebene aus betrachtet höher angeordnet als die Verdampfereinheit, so dass der Transport des flüssigen Betriebsmittels zu der Verdampfereinheit schwerkraftgetrieben erfolgt. Mit einer Bodenebene ist die Fläche oder Ebene gemeint, auf der eine Vorrichtung steht, in der eine erfindungsgemäße Anordnung verbaut ist, beispielsweise die Straßenebene bei einem Kraftfahrzeug.
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Nach dem Verflüssigen des Betriebsmittels in dem Kondensator kann dieses über die Flüssigleitung schwerkraftgetrieben zurück zu der Verdampfereinheit fließen. Dadurch kann Dampf durch die Dampfleitung zu dem Kondensator nachströmen, wodurch wiederum in der Verdampfereinheit freies Volumen für das rückströmende, flüssige Betriebsmittel entsteht. Der so entstehende Kreislauf für das Betriebsmittel ist unabhängig von einer zusätzlichen Pumpe, die den Kühlkreislauf antreiben müsste. Dadurch wird zum einen der Raum frei, den eine Pumpe für gewöhnlich einnimmt. Gleichzeitig wird die für den Betrieb einer Pumpe notwendige Energie eingespart.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass in dem Gehäuse der Verdampfereinheit eine Kapillarstruktur so angeordnet ist, dass ein Dampfraum mit einer Verbindung zu der Dampfleitung und ein Flüssigraum mit einer Verbindung zu der Flüssigleitung ausgebildet werden, so dass das flüssige Betriebsmittel getrieben durch einen Druckunterschied zwischen Flüssigraum und Dampfraum transportiert wird. Die Kapillarstruktur dient dazu, den im Betrieb entstehenden Druckunterschied zwischen Flüssigraum und Dampfraum aufrechtzuerhalten. In dem Dampfraum der Verdampfungseinheit herrscht durch das Vorliegen des Betriebsmittels als Gas und auf Grund der höheren Temperatur ein höherer Druck als in dem Flüssigraum. Durch diesen höheren Druck wird der Dampf in die Kapillarstruktur geleitet. Gleichzeitig wird aber das flüssige Betriebsmittel durch Kapillarkräfte in die Kapillarstruktur gezogen, so dass der Dampf die Kapillarstruktur nicht durchdringen kann. Somit wird die Druckdifferenz durch die Kapillarstruktur aufrecht gehalten.
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In dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlanordnung wird der Kreislauf des Betriebsmittels durch den Druckunterschied zwischen Dampf- und Flüssigseite unterstützt durch Kapillarkräfte angetrieben. Das rückfließende, flüssige Betriebsmittel fließt in den Flüssigraum der Verdampfereinheit und benetzt die Kapillarstruktur. Diese besteht aus einem porösen, beispielsweise metallischen oder keramischen, Material.
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Im Betrieb tritt das Betriebsmittel getrieben durch Kapillarkräfte kontinuierlich von dem Flüssigraum in die Kapillarstruktur hinein und verdampft hierbei durch die Aufnahme von Wärme aus dem Kühlmittel. Die Phasengrenze zwischen Flüssigkeit und Dampf während des Betriebs der Verdampfereinheit verläuft in der Kapillarstruktur. Im Dampfraum tritt das Betriebsmittel im gas- bzw. dampfförmigen Zustand aus der Kapillarstruktur aus. Von hier aus wird das dampfförmige Betriebsmittel durch den Überdruck im Kreislauf weitergeleitet.
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Durch den Transport des Betriebsmittels in die Kapillarstruktur kann weiteres Betriebsmittel in den Flüssigraum nachströmen. Dies wiederum führt dazu, dass das im Kondensator verflüssigte Betriebsmittel in die Flüssigleitung strömen kann, wobei aus der Dampfleitung weiterer Dampf in den Kondensator strömen kann. Der so aufrechterhaltene Kreislauf ist unabhängig von der relativen Lage von Verdampfereinheit und Kondensator zueinander und bietet durch die Einsparung einer zusätzlichen Pumpe für das Betriebsmittel dieselben Vorteile hinsichtlich Bauraum und Energie wie oben im Zusammenhang mit der schwerkraftgetriebenen Kühlanordnung beschrieben.
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Ist der Kondensator von einer Bodenebene aus betrachtet höher angeordnet ist als die Verdampfereinheit, kann die Verdampfereinheit gleichermaßen mit einer Kapillarstruktur ausgestattet sein. Dies führt zu einer Kombination der vorstehend beschriebenen Antriebseffekte und damit zu einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kondensator dazu ausgestaltet ist, die abgegebene Wärme einer Nutzung zuzuführen, insbesondere der Erwärmung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs. Der Kondensator kann beispielsweise als Wärmetauscher oder als Komponente eines Wärmetauschers ausgeführt sein. Die Wärme kann dann an umgebende Luft abgegeben werden, welche über Ventilatoren in den Innenraum eines Kraftfahrzeuges, in dem die erfindungsgemäße Anordnung verbaut ist, geblasen wird. Durch die Nutzung der aus dem elektrischen Antrieb abgeführten Wärme führt die Anordnung zu einer zusätzlichen Energieersparnis in einem Gesamtsystem, in dem die Kühlanordnung verbaut ist.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen dass das Gehäuse eine Kontaktfläche aufweist, die mittelbar oder unmittelbar mit dem Kühlmittel in Kontakt steht. Diese Kontaktfläche kann so ausgestaltet sein, dass die Wärmeübertragung möglichst optimal erfolgt. In unmittelbarem Kontakt mit dem Kühlmittel kann sie beispielsweise eine für die Wärmeübertragung vorteilhafte Oberflächenstruktur aufweisen. Steht die Verdampfereinheit nur mittelbar über die Wandung des Elektromotors, einer Leitung oder eines Reservoirs mit dem Kühlmittel in Kontakt so kann die Kontaktfläche so ausgestaltet sein, dass sie möglichst vollflächig mit der Wandung in Anlage kommt.
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Sie kann dabei Sicken oder Einprägungen aufweisen oder mit einem Wärmeleitmittel, etwa einer Wärmeleitpaste versehen sein.
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Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Wand des Gehäuses der Verdampfereinheit durch eine Außenwand des Elektromotors gebildet wird. Dann fehlt dem Gehäuse der Verdampfereinheit eine Wand und ist gewissermaßen mit der dadurch entstehenden Öffnung auf eine Außenwand des Elektromotors aufgesetzt. Das bedeutet, dass die Wärme des Kühlmittels lediglich durch die betreffende Außenwand und nicht zusätzlich durch eine Gehäusewand der Verdampfereinheit und über eine Grenzfläche hinweg transportiert werden muss. Dadurch wird vorteilhafterweise der Wärmeübertrag von dem Kühlmittel in das Betriebsmittel verbessert.
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Weiterhin bevorzugt ist, dass das Kühlmittel den Elektromotor durchströmt und der Elektromotor einen Anstömbereich für das Kühlmittel, einen Abströmbereich für das Kühlmittel und einen dazwischen angeordneten Rotor umfasst, wobei eine Außenwand des Abströmbereiches in vollflächiger Anlage mit der Kontaktfläche der Verdampfereinheit ist oder eine Wand des Gehäuses der Verdampfereinheit durch eine Außenwand des Abströmbereiches gebildet wird. Das Kühlmittel wird in das Gehäuse des elektrischen Antriebs in einen Anströmbereich und danach zu dem Rotor des Antriebs geleitet. Dort nimmt es die in Rotor und Stator entstehende Wärme auf und wird weiter vom Rotor weg in einen Abströmbereich geleitet. Von dort wird die dem Kühlmittel innewohnende Wärme auf das Betriebsmittel übertragen und das abgekühlte Kühlmittel wird aus dem Abströmbereich ausgeleitet. In dieser Ausführungsvariante der Erfindung wird die Wärme aus dem Kühlmittel abgeführt unmittelbar nachdem sie von dem Kühlmittel aufgenommen wurde. Das bedeutet, dass der Wärmeverlust, der beispielsweise an einer nachfolgenden Leitung auftritt, minimiert wird. Folglich wird der Nutzungsgrad für die in dem elektrischen Antrieb entstehende Wärme weiter optimiert. Außerdem wird durch dieses Arrangement die erfindungsgemäße Anordnung äußerst kompakt und platzsparend ausgeführt.
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Bevorzugt sind an der der Verdampfereinheit zugewandten Innenwand des Abströmbereiches Wärmeleitfinnen angeordnet. Dadurch wird die Wärmeaufnahme durch die Wand des Abströmbereiches verbessert, so dass die Wärmeübertragung von dem Kühlmittel in das Betriebsmittel weiter verbessert wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwei Verdampfereinheiten zwischen dem Elektromotor und einer weiteren Komponente, insbesondere einer Kraftfahrzeugkomponente, angeordnet werden, so dass eine erste Verdampfereinheit der Kühlung des Elektromotors dient, während eine zweite Verdampfereinheit der Kühlung der weiteren Komponente dient. Stehen neben dem Elektromotor weitere Wärmequellen, beispielsweise der Abgasstrang in einem Hybrid-Kraftfahrzeug, zur Verfügung, deren Abwärme abtransportiert und gegebenenfalls weiterhin genutzt werden soll, so kann jede der Komponenten mit einer eigenen Verdampfereinheit versehen werden. Vorteilhaft ist es, wenn der Elektromotor und die weitere Komponente so angeordnet werden, dass die Verdampfereinheiten räumlich nah beieinander liegen, so dass gegebenenfalls gemeinsame Dampf- und Flüssigleitungen genutzt werden können. Dies ist wiederum einer kompakten Bauweise und damit der Einsparung von Bauraum zuträglich.
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Dieser Gedanke wird vorteilhaft weitergebildet, wenn zwei Verdampfereinheiten so angeordnet werden, dass die mittelbar oder unmittelbar mit dem Kühlmittel in Kontakt stehenden Bereiche des Gehäuses voneinander wegweisen, wobei eine erste Verdampfereinheit der Kühlung eines Elektromotors dient, während eine zweite Verdampfereinheit der Kühlung einer weiteren Komponente, insbesondere einer Kraftfahrzeugkomponente, dient. Dann können die Verdampfereinheiten sozusagen Rücken an Rücken angeordnet und somit der zur Verfügung stehende Platz optimal genutzt werden.
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Besonders bevorzugt dient die zweite Verdampfereinheit der Kühlung einer Leistungselektronik für den Elektromotor. Die Leistungselektronik, die der Steuerung des Elektromotors dient, ist vorzugsweise in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet. Dadurch werden die elektrischen Leitungen zwischen Leistungselektronik und Elektromotor möglichst kurz gehalten. Das Schaltverhalten wird bei hohen Lasten und längeren Leitungen negativ beeinflusst. Für optimales Schaltverhalten werden die Leitungen daher so kurz wie möglich gehalten. Gleichzeitig erzeugt auch die Elektronik Wärme, die abgeführt werden muss und genutzt werden kann. Durch die Anordnung zweier Verdampfereinheiten zwischen Elektromotor und zugehöriger Leistungselektronik wird eine äußerst kompakte Bauweise der gesamten Elektromotorik erreicht. Zusätzlich ergibt sich als Vorteil, dass die Verdampfereinheiten gemeinsame Dampf- und Flüssigkeitsleitungen nutzen können, was den Raumbedarf weiter verbessert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwischen den beiden Verdampfereinheiten ein Kanal ausgebildet ist. Durch diesen Kanal kann die Temperierung der Verdampfereinheiten verbessert werden oder es kann Platz für die Zu- bzw. Abführung der Flüssig- bzw. Dampfleitungen geschaffen werden. Dadurch wird der Platzbedarf weiter reduziert und eine kompakte Ausgestaltung der Anordnung ermöglicht.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den nachfolgenden Figuren zu entnehmen, die Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Dabei werden ähnliche oder gleiche Merkmale mit identischen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen
- 1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung,
- 2 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung mit zwei Verdampfereinheiten.
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1 zeigt eine Kühlanordnung für einen elektrischen Antrieb mit einem flüssigkeitsgekühlten Elektromotor 1, wobei ein Kühlmittel den Elektromotor durchströmt. Der Elektromotor 1 umfasst ein Motorgehäuse 2, in welchem Rotor 3 und Stator 4 angeordnet sind. In dem Motorgehäuse 2 ist eine Zuleitung 5 zur Zuführung eines Kühlmittels vorgesehen. Bei dem Kühlmittel kann es sich beispielsweise um ein Kühlöl handeln. Das Kühlmittel wird über die Zuleitung 5 in einen Anströmbereich 6 geleitet und dann dem Rotorraum 7 zugeführt. In dem Rotorraum 7 ist der Rotor 3 an einer Welle 8 angeordnet. Der Rotor 3 wird in Rotation versetzt und bewegt die Welle 8. Die dabei auftretenden elektrischen Ströme führen zu einer Erwärmung von Rotor 3 und Stator 4. Die Erwärmung wiederum führt zu einer Widerstandserhöhung im Material der einzelnen Teile und folgend zu Leistungseinbußen des Elektromotors 1. Die Betriebswärme muss also mit Hilfe des Kühlmittels abtransportiert werden.
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Das Kühlmittel wird dem Rotorraum 7 zugeführt, umspült den Rotor 3, nimmt dabei Wärme auf und wird danach in einen Abströmbereich 9 geleitet. Die Rotorblätter sind mit Strömungsleitelementen ausgestattet, die gewährleisten, dass das Kühlmittel in Richtung des Abströmbereiches 9 transportiert wird.
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An einer an den Abströmbereich 9 angrenzenden Außenwand 10 des Motorgehäuses 2 ist eine Verdampfereinheit 11 angeordnet. Diese umfasst ein Gehäuse 12 dem über eine Flüssigleitung 13 ein flüssiges Betriebsmittel zugeführt wird. Die dem Elektromotor zugewandte Wand des Gehäuses 12 wird durch die Außenwand 10 des Motorgehäuses 2 gebildet.
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In dem Gehäuse 12 ist eine Kapillarstruktur 14 angeordnet, die den Innenraum des Gehäuses 12 in einen Flüssigraum 15 und einen Dampfraum 16 unterteilt. Das flüssige Betriebsmittel benetzt die Kapillarstruktur 14 und wird über Kapillarkräfte in die Kapillarstruktur 14 gezogen. Im Betrieb tritt das Betriebsmittel vom Flüssigraum 15 in die Kapillarstruktur 14 hinein und verdampft hierbei durch die Aufnahme von Wärme, die über die Außenwand 10 des Motorgehäuses 2 zu der Verdampfereinheit 11 geleitet wird, aus dem Kühlmittel. Die Phasengrenze zwischen Flüssigkeit und Dampf während des Betriebs der Verdampfereinheit 11 verläuft in der Kapillarstruktur 14.
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Um die Wärmeübertragung weiter zu verbessern sind an der Innenseite der Außenwand 10 des Motorgehäuses 2 zudem Wärmeleitfinnen 23 angeordnet. Das Betriebsmittel ist dabei so gewählt, dass es eine zur Betriebstemperatur des Kühlmittels nach dem Durchlaufen des Elektromotors 1 passende Verdampfungstemperatur aufweist. Dadurch wird das Kühlmittel wieder abgekühlt und wird nachfolgend durch eine Ableitung 17 aus dem Motorgehäuse 2 abgeführt. Danach kann das Kühlmittel von neuem der Kühlung des Elektromotors 1 zugeführt werden.
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Die Wärme wird dem Kühlmittel in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar im Abströmbereich 9 entzogen. Das hat zum einen den Vorteil, dass kein Verlust von Wärme entlang einer nachfolgenden Leitung für das Kühlmittel eintritt, wenn die Kühlung erst später erfolgt, und so die Abwärme effizient genutzt werden kann. Zum anderen kann das Kühlmittel unmittelbar wieder zur Kühlung des Elektromotors 1 genutzt werden, wodurch der notwendige Bauraum für die Kühlmittelleitungen minimiert wird und außerdem die Kühlmittelmenge reduziert werden kann.
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Das dampfförmige Betriebsmittel wird über eine Dampfleitung 18 einem nicht näher dargestellten Kondensator zugeleitet, der dazu ausgelegt ist, das dampfförmige Betriebsmittel unter Abgabe von Wärme zu verflüssigen. Die Kondensationswärme kann zur Erwärmung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs genutzt werden.
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Durch den Kapillardruck wird das flüssige Betriebsmittel aus dem Flüssigraum 15 des Gehäuses 12 abtransportiert und so die stete Zuführung des flüssigen Betriebsmittels aus der Flüssigleitung 13 in den Flüssigraum 15 gewährleistet. Dadurch entsteht ein steter Kreislauf für das Betriebsmittel angetrieben durch einen Druckunterschied zwischen Flüssigraum 16 und Dampfraum 17 von der Verdampfereinheit 11 zu dem Kondensator und zurück. Eine zusätzliche Pumpe zum Transport des Betriebsmittels ist nicht notwendig, was Platz- und Energiebedarf für die Pumpe einspart.
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Die in 2 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung sieht vor, neben dem Elektromotor 1 auch dessen Leistungselektronik 19 zu kühlen. Zu diesem Zweck ist eine zweite Verdampfereinheit 20 spiegelbildlich zu der ersten Verdampfereinheit 11 angeordnet, so dass die mittelbar mit dem Kühlmittel in Kontakt stehenden Bereiche des Gehäuses 12 voneinander wegweisen. Die erste Verdampfereinheit 11 dient der Kühlung des Elektromotors 1 wie vorstehend beschrieben. Die zweite Verdampfereinheit 20 dient der Kühlung der hier nur schematisch dargestellten Leistungselektronik 19. Die zweite Verdampfereinheit 20 weist eine Kontaktfläche 21 auf, die in vollflächiger Anlage mit dem Elektronikgehäuse 22 der Leistungselektronik 19 ist. Die in der Leistungselektronik 19 abfallende Betriebswärme wird genutzt, um das Betriebsmittel zu verdampfen. Das dampfförmige Betriebsmittel wird einem ebenfalls nicht näher dargestellten Kondensator zugeführt, dort verflüssigt und das flüssige Betriebsmittel wieder der zweiten Verdampfereinheit 20 zugeleitet. Auch hier ist eine Kapillarstruktur 14 in dem Gehäuse 2 der zweiten Verdampfereinheit 20 angeordnet, so dass der selbe Betriebsmittelkreislauf entsteht wie oben zu 1 im Rahmen der Kühlung für den Elektromotors 1 beschrieben.
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Vorteilhafterweise kann in der dargestellten Anordnung für beide Verdampfereinheiten 11, 20 jeweils eine gemeinsame Flüssigleitung 13 und eine gemeinsame Dampfleitung 18 genutzt werden (angedeutet durch die Pfeile), die zu einem gemeinsam genutzten Kondensator führen.
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Die in 2 dargestellte Anordnung führt dazu, dass die Leitungselektronik 19 in unmittelbarer Nähe zu dem Elektromotor 1 angeordnet werden kann und eine optimale Kühlung der einzelnen Komponenten ermöglicht wird. Die gesamte Kühlanordnung wird also auf kleinstem Raum kompakt und platzsparend untergebracht. Dadurch kann auch die Länge der elektrischen Leitungen zwischen Leistungselektronik 19 und Elektromotor 1 minimiert werden, was das Schaltverhalten des Elektromotors verbessert.
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Weiterhin kann auf eine zusätzliche Pumpe für den Betriebsmittelkreislauf verzichtet werden was zusätzliche Bauraumvorteile und Energieersparnis mit sich bringt.
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Außerdem sind die dargestellten Kühlanordnungen äußerst effizient, da sie die am Entstehungsort unerwünschte Wärme abführen und optimal einer Nutzung an einem vorgesehenen Ort, beispielsweise einem Fahrzeuginnenraum oder einem Stromspeicher, zuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Motorgehäuse
- 3
- Rotor
- 4
- Stator
- 5
- Zuleitung
- 6
- Anströmbereich
- 7
- Rotorraum
- 8
- Welle
- 9
- Abströmbereich
- 10
- Außenwand von 2
- 11
- Verdampfereinheit
- 12
- Gehäuse von 11
- 13
- Flüssigleitung
- 14
- Kapillarstruktur
- 15
- Flüssigraum
- 16
- Dampfraum
- 17
- Ableitung
- 18
- Dampfleitung
- 19
- Leistungselektronik
- 20
- zweite Verdampfereinheit
- 21
- Kontaktfläche
- 22
- Elektronikgehäuse
- 23
- Wärmeleitfinnen
