DE102018200365A1 - Cooling unit for cooling an electrical machine - Google Patents

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Abstract

Kühleinheit (1) zur Kühlung einer elektrischen Maschine, wobei die Kühleinheit (1) einen hohlzylindrischen Kühlmantel (2) und einen an dem Kühlmantel (2) ausgebildeten Kühlkanal (3) aufweist, wobei der Kühlkanal (3) in Form einer Doppelhelix, nämlich aus zwei umeinander laufenden, benachbarten, jedoch strömungstechnisch voneinander getrennten Kühlkanalabschnitten (10, 11), ausgebildet ist, und einen Einlass (4) über den dem Kühlkanal (3) ein Kühlmittel zugeführt wird, sowie einen Auslass (5), über den das Kühlmittel einer Wärmesenke zugeführt wird, umfasst, wobei sich der Einlass (4) und der Auslass (5) in Bezug auf eine zentrale Achse (6) der Kühleinheit (1) axial im Wesentlichen an derselben Position angeordnet sind, wobei die Kühlkanalabschnitte (10, 11) über zumindest zwei umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte (8) miteinander verbunden sind und jeweils zumindest im Bereich der Umlenkungsabschnitte (8) zumindest eine Rippe (7) aufweisen.Cooling unit (1) for cooling an electrical machine, wherein the cooling unit (1) has a hollow cylindrical cooling jacket (2) and a cooling channel (3) formed on the cooling jacket (2), wherein the cooling channel (3) in the form of a double helix, namely two mutually running, adjacent, but fluidly separated cooling duct sections (10, 11), is formed, and an inlet (4) via which the cooling channel (3) a coolant is supplied, and an outlet (5) via which the coolant of a Heat sink is supplied, wherein the inlet (4) and the outlet (5) with respect to a central axis (6) of the cooling unit (1) are arranged axially substantially at the same position, wherein the cooling channel sections (10, 11) via at least two circumferentially spaced deflection sections (8) are interconnected and each at least in the region of the deflection sections (8) at least one rib (7).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühleinheit zur Kühlung einer elektrischen Maschine, wobei die Kühleinheit einen hohlzylindrischen Kühlmantel und einen an dem Kühlmantel ausgebildeten Kühlkanal aufweist.The present invention relates to a cooling unit for cooling an electrical machine, wherein the cooling unit has a hollow cylindrical cooling jacket and a cooling channel formed on the cooling jacket.

Stand der TechnikState of the art

Im Bereich des Kühldesigns von elektrischen Maschinen in Kraftfahrzeugen ist es aufgrund von beispielsweise Bauraumvorgaben oder auch zur Vermeidung von Temperaturgradienten in axialer Richtung und die damit verbundenen unterschiedlichen Wärmedehnungen der Materialien oftmals erforderlich, dass die Kühlmittelanschlüsse, nämlich der Einlass und der Auslass, axial an derselben Position im Gehäuse der elektrischen Maschine angebracht sind. Ist dies der Fall, so muss das Kühlmittel an der axial gegenüberliegenden Seite des Einlasses und des Auslasses umgelenkt werden. Eine solche Kühlmittelumlenkung ist aufgrund üblicher Kühlkanalgeometrien sehr breit, wodurch ein großer Bereich entsteht, der nicht vom Kühlmittel durchströmt wird und somit kaum zur Wärmeabfuhr beiträgt. Hierdurch bildet sich in diesem Bereich ein sogenannter Hotspot.In the field of cooling design of electric machines in motor vehicles, it is often necessary for the coolant connections, namely the inlet and the outlet, to be axially at the same position due to, for example, space constraints or to avoid temperature gradients in the axial direction and the associated different thermal expansions of the materials are mounted in the housing of the electric machine. If this is the case, then the coolant must be deflected on the axially opposite side of the inlet and the outlet. Such a coolant deflection is very wide due to usual Kühlkanalgeometrien, creating a large area is formed, which is not flowed through by the coolant and thus hardly contributes to the heat dissipation. This creates a so-called hotspot in this area.

Zur Umlenkung des Kühlmittels sind zwei Standardlösungen bekannt. Die erste Lösung ist die Umlenkung an einer zylindrischen Kühlmantelfläche. Diese Lösung benötigt viel Platz und führt dazu, dass ein großer Bereich der Kühlmantelfläche nicht zur Kühlung verwendet werden kann, wodurch ein großer ungekühlter Bereich und somit ein lokaler Hotspot entsteht. Die zweite Lösung ist die Umlenkung an einer Stirnseite eines Kühlmantels. Hierzu muss im Gehäuse der elektrischen Maschine stirnseitig ein Kanal eingebracht werden der den Vor- und Rücklauf miteinander verbindet. Diese Lösung erfordert axialen Bauraum für den Kanal und zudem eine axiale Abdichtung des Kühlsystems.For deflecting the coolant two standard solutions are known. The first solution is the deflection on a cylindrical cooling jacket surface. This solution requires a lot of space and means that a large area of the cooling jacket surface can not be used for cooling, creating a large uncooled area and thus a local hotspot. The second solution is the deflection at one end of a cooling jacket. For this purpose, a channel must be introduced in the housing of the electrical machine frontally connecting the flow and return. This solution requires axial space for the channel and also an axial seal of the cooling system.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kühleinheit zur Kühlung einer elektrischen Maschine anzugeben, die bei Kühlmittelanschlüssen an derselben axialen Position eine verbesserte Kühlung der elektrischen Maschine gewährleistet.It is an object of the invention to provide a cooling unit for cooling an electrical machine, which ensures improved cooling of the electric machine at coolant connections at the same axial position.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Kühleinheit zur Kühlung einer elektrischen Maschine, wobei die Kühleinheit einen hohlzylindrischen Kühlmantel und einen an dem Kühlmantel ausgebildeten Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanal in Form einer Doppelhelix, nämlich aus zwei umeinander laufenden, benachbarten, jedoch strömungstechnisch voneinander getrennten Kühlkanalabschnitten, ausgebildet ist, wobei die Kühleinheit einen Einlass, über den dem Kühlkanal ein Kühlmedium zugeführt wird, sowie einen Auslass, über den das Kühlmedium einer Wärmesenke zugeführt wird, umfasst, wobei der Einlass und der Auslass in Bezug auf eine zentrale Achse der Kühleinheit axial im Wesentlichen an derselben Position angeordnet sind, wobei die Kühlkanalabschnitte über zumindest zwei umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte miteinander verbunden sind und jeweils zumindest im Bereich der Umlenkungsabschnitte zumindest eine Rippe aufweisenThe object is achieved by a cooling unit for cooling an electrical machine, wherein the cooling unit has a hollow cylindrical cooling jacket and a cooling channel formed on the cooling jacket, wherein the cooling channel in the form of a double helix, namely two running around each other, adjacent, but fluidly separated cooling channel sections , wherein the cooling unit comprises an inlet, via which a cooling medium is supplied to the cooling channel, and an outlet, via which the cooling medium is supplied to a heat sink, the inlet and the outlet being axially in relation to a central axis of the cooling unit Are arranged substantially at the same position, wherein the cooling passage sections are connected to each other via at least two circumferentially spaced deflection sections and at least in the region of the deflection sections have at least one rib

Erfindungsgemäß dient die Kühleinheit der Kühlung einer elektrischen Maschine und umfasst einen Kühlmantel, einen Kühlkanal sowie einen Kühlmitteleinlass, kurz einen Einlass, und einen Kühlmittelauslass, kurz einen Auslass.According to the invention, the cooling unit serves to cool an electric machine and comprises a cooling jacket, a cooling channel and a coolant inlet, in short an inlet, and a coolant outlet, in short an outlet.

Der Kühlmantel der Kühleinheit ist entsprechend der vorliegenden Erfindung hohlzylindrisch ausgebildet. Der Kühlkanal ist erfindungsgemäß an dem Kühlmantel der Kühleinheit ausgebildet. Erfindungsgemäß ist der Kühlkanal in Form einer Doppelhelix, nämlich aus zwei umeinander laufenden, benachbarten, jedoch strömungstechnisch voneinander getrennten Kühlkanalabschnitten, ausgebildet.The cooling jacket of the cooling unit is designed as a hollow cylinder according to the present invention. The cooling channel is inventively formed on the cooling jacket of the cooling unit. According to the invention, the cooling channel is in the form of a double helix, namely of two mutually running, adjacent, but fluidically separated from each other cooling channel sections formed.

Einer der beiden Kühlmittelabschnitte ist strömungstechnisch mit dem Einlass, über den dem Kühlkanal ein Kühlmittel zugeführt wird, verbunden und bildet so einen Kühlmittelvorlauf aus. Der zweite Kühlmittelabschnitt ist strömungstechnisch mit dem Auslass, über den das Kühlmittel einer Wärmesenke zugeführt wird, verbunden und bildet derart einen Kühlmittelrücklauf aus.One of the two coolant sections is fluidically connected to the inlet, via which a coolant is supplied to the cooling channel, and thus forms a coolant flow. The second coolant section is fluidly connected to the outlet, via which the coolant is supplied to a heat sink, and thus forms a coolant return.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind der Einlass und der Auslass in Bezug auf eine zentrale Achse der Kühleinheit axial im Wesentlichen an derselben Position angeordnet.According to the present invention, the inlet and the outlet are disposed axially at substantially the same position with respect to a central axis of the cooling unit.

Die Begrifflichkeit axial beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Achse der Kühleinheit.The term axial describes a direction along or parallel to the central axis of the cooling unit.

Die beiden Kühlkanalabschnitte sind über zumindest zwei umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte miteinander verbunden und weisen erfindungsgemäß jeweils zumindest im Bereich der Umlenkungsabschnitte zumindest eine Rippe auf. Die zumindest eine Rippe teilt den jeweiligen Kühlkanalabschnitt in zumindest zwei Fluten auf. Die in den Kühlkanalabschnitten ausgebildete Rippe kann im Wesentlichen erst kurz vor dem jeweiligen Umlenkungsabschnitt in dem jeweiligen Kühlkanalabschnitt ausgebildet sein. Durch das Einbringen von zumindest einer Rippe in den Kühlkanal entstehen zumindest zwei Fluten und der Volumenstrom an Kühlmittel teilt sich gleichmäßig auf. Durch diese Unterteilung des Kühlmittelstromes kann die Umlenkung des Kühlmittels an mehreren Positionen am Außenumfang des Kühlmantels der Kühleinheit realisiert werden. Hierdurch lässt sich der nicht von Kühlmittel benetzte Bereich erheblich verkleinern beziehungsweise der zur Wärmeabfuhr verfügbare Anteil der Kühlmantelaußenfläche maximieren, wodurch eine verbesserte Kühlleistung gewährleistet wird. Zusätzlich vergrößert die zumindest eine Rippe die Oberfläche der Kühleinheit und verbessert auch so die Kühlleistung der Kühleinheit.The two cooling duct sections are connected to one another via at least two deflecting sections which are spaced apart from each other in a circumferential direction and according to the invention have at least one rib at least in the region of the deflecting sections. The at least one rib divides the respective cooling channel section into at least two floods. The rib formed in the cooling channel sections can essentially only be formed shortly before the respective deflection section in the respective cooling channel section. By introducing at least one rib into the cooling channel, at least two floods and the volume flow arise Coolant splits evenly. By this division of the coolant flow, the deflection of the coolant can be realized at a plurality of positions on the outer circumference of the cooling jacket of the cooling unit. As a result, the area not wetted by the coolant can be considerably reduced or the proportion of the outer surface of the cooling jacket available for the removal of heat can be maximized, thereby ensuring improved cooling performance. In addition, the at least one rib enlarges the surface of the cooling unit and thus also improves the cooling performance of the cooling unit.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weisen die beiden Kühlkanalabschnitte jeweils drei Rippen auf und sind über vier umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte miteinander verbunden.In a preferred embodiment of the present invention, the two cooling channel sections each have three ribs and are interconnected via four circumferentially spaced deflection sections.

Figurenlistelist of figures

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Kühleinheit.
  • 2 zeigt eine weitere Ansicht der beispielhaften Kühleinheit gemäß 1.
The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.
  • 1 shows a perspective view of an exemplary cooling unit.
  • 2 shows another view of the exemplary cooling unit according to 1 ,

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Die in 1 und 2 dargestellte Kühleinheit 1 umfasst einen Kühlmantel 2, einen Kühlkanal 3 sowie einen Kühlmitteleinlass 4, nämlich einen Einlass 4, und einen Kühlmittelauslass 5, nämlich einen Auslass 5.In the 1 and 2 illustrated cooling unit 1 includes a cooling jacket 2 , a cooling channel 3 and a coolant inlet 4 namely, an inlet 4 , and a coolant outlet 5 namely, an outlet 5 ,

Der Kühlmantel 2 der Kühleinheit 1 ist hohlzylindrisch ausgebildet. Der Kühlkanal 3 ist an dem Kühlmantel 2 der Kühleinheit 1, nämlich an dem Außenumfang des Kühlmantels 2 der Kühleinheit 1, ausgebildet. Der Kühlkanal 3 ist somit in Bezug auf eine zentrale Achse 6 der Kühleinheit 1 an der radial äußeren Fläche 9 des Kühlmantels 2 ausgebildet.The cooling jacket 2 the cooling unit 1 is formed hollow cylindrical. The cooling channel 3 is on the cooling jacket 2 the cooling unit 1 , namely on the outer circumference of the cooling jacket 2 the cooling unit 1 , educated. The cooling channel 3 is thus in relation to a central axis 6 the cooling unit 1 on the radially outer surface 9 of the cooling jacket 2 educated.

Die Begrifflichkeit radial beschreibt eine Richtung normal auf die zentrale Achse 6 der Kühleinheit 1.The term radial describes a direction normal to the central axis 6 the cooling unit 1 ,

Der Kühlkanal 3 ist in Form einer Doppelhelix, nämlich aus zwei umeinander laufenden, benachbarten, jedoch strömungstechnisch voneinander getrennten Kühlkanalabschnitten 10, 11, nämlich einem ersten Kühlkanalabschnitt 10 und einem zweiten Kühlkanalabschnitt 11, ausgebildet.The cooling channel 3 is in the form of a double helix, namely of two running around each other, adjacent, but fluidly separated from each other cooling channel sections 10 . 11 namely, a first cooling passage section 10 and a second cooling passage section 11 , educated.

Der erste Kühlkanalabschnitt 10 des als Doppelhelix ausgeführten Kühlkanals 3 dient als Kühlmittelzulauf oder Vorlauf. Der erste Kühlkanalabschnitt 10 ist somit strömungstechnisch mit dem Einlass 4, über den dem Kühlkanal 3 ein Kühlmittel zugeführt wird, verbunden.The first cooling channel section 10 of the double helix cooling channel 3 serves as coolant inlet or flow. The first cooling channel section 10 is thus fluidic with the inlet 4 , above the cooling channel 3 a coolant is supplied connected.

Der zweite Kühlkanalabschnitt 11 des als Doppelhelix ausgebildeten Kühlkanals 3 dient als Kühlmittelablauf oder Rücklauf. Der zweite Kühlmittelabschnitt 11 des Kühlkanals 3 ist strömungstechnisch mit dem Auslass 5, über den das Kühlmittel einer Wärmesenke zugeführt wird, verbunden.The second cooling passage section 11 designed as a double helix cooling channel 3 serves as coolant drain or return. The second coolant section 11 of the cooling channel 3 is fluidic with the outlet 5 , via which the coolant is supplied to a heat sink connected.

Der Einlass 4 und der Auslass 5 der Kühleinheit 1 sind in Bezug auf die zentrale Achse 6 der Kühleinheit 1 axial im Wesentlichen an derselben Position angeordnet.The inlet 4 and the outlet 5 the cooling unit 1 are in relation to the central axis 6 the cooling unit 1 axially arranged substantially at the same position.

Die Begrifflichkeit axial beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Achse 6 der Kühleinheit 1.The term axial describes a direction along or parallel to the central axis 6 the cooling unit 1 ,

Die beiden Kühlkanalabschnitte 10, 11 weisen jeweils drei Rippen 7 auf, wodurch pro Kühlkanalabschnitt 10, 11 vier Fluten ausgebildet werden. Der über den Einlass 4 zugeführte Kühlmittelstrom teilt sich annähernd gleichmäßig auf die vier Fluten auf. Die beiden Kühlkanalabschnitte 10,11 und sind über vier umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte 8 miteinander verbunden - die Umlenkung des Kühlmittels erfolgt somit an vier Positionen entlang des Außenumfangs des Kühlmantels 1. Die Umlenkungsabschnitte 8 sind in axialer Richtung an dem von einem anschlussseitigen Ende 12 der Kühleinheit 1, d.h. dem Ende der Kühleinheit an dem der Einlass 4 und der Auslass 5 ausgebildet sind, abgewandten Ende 13 der Kühleinheit 1 ausgebildet. An dem vom anschlussseitigen Ende 12 der Kühleinheit 1 abgewandten Ende 13 der Kühleinheit sind die beiden Kühlkanalabschnitte 10, 11 des als Doppelhelix ausgebildeten Kühlkanals 3 somit über die vier Umlenkungsabschnitte 8 miteinander verbunden. Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühleinheit 1 sind die Umlenkungsabschnitte 8 am Außenumfang des Kühlmantels 2 so angeordnet, dass eine Herstellung der Kühleinheit 1 mittels zwei Formhälften aus Aluminiumdruckguss möglich ist.The two cooling channel sections 10 . 11 each have three ribs 7 on, which per cooling channel section 10 . 11 four floods are formed. The over the inlet 4 supplied coolant flow is approximately equally divided on the four floods. The two cooling channel sections 10 . 11 and are over four circumferentially spaced diverting sections 8th interconnected - the deflection of the coolant thus takes place at four positions along the outer periphery of the cooling jacket 1 , The deflection sections 8th are in the axial direction at the from a terminal end 12 the cooling unit 1 ie the end of the cooling unit at which the inlet 4 and the outlet 5 are formed, opposite end 13 the cooling unit 1 educated. At the end of the connection 12 the cooling unit 1 opposite end 13 the cooling unit are the two cooling duct sections 10 . 11 designed as a double helix cooling channel 3 thus over the four deflection sections 8th connected with each other. At the in 1 and 2 illustrated embodiment of the cooling unit according to the invention 1 are the deflection sections 8th on the outer circumference of the cooling jacket 2 arranged so that a manufacture of the cooling unit 1 By means of two mold halves made of die-cast aluminum is possible.

Der erste Kühlkanalabschnitt 10 bildet einen Vorlauf, mit dem das Kühlmittel an das vom anschlussseitigen Ende 12 abgewandte Ende 13 der Kühleinheit 1 geführt wird. Der erste Kühlkanalabschnitt 10 ist über vier Umlenkungsabschnitte 8 mit dem zweiten Kühlkanalabschnitt 11 verbunden. Durch den zweiten Kühlkanalabschnitt 11 wird das erwärmte Kühlmittel dem Auslass 5 zugeführt. Der zweite Kühlkanalabschnitt 11 bildet somit einen Rücklauf, mit dem das Kühlmittel vom abgewandten Ende 13 zum anschlussseitigen Ende 12 der Kühleinheit 1 geführt wird. Über den Auslass 5 wird das erwärmte Kühlmittel einer Wärmesenke zugeführt.The first cooling channel section 10 forms a flow, with which the coolant to the from the connection end 12 opposite end 13 the cooling unit 1 to be led. The first cooling channel section 10 is over four deflection sections 8th with the second cooling passage section 11 connected. Through the second cooling passage section 11 the heated coolant is the outlet 5 fed. The second cooling passage section 11 thus forms a return, with which the coolant from the opposite end 13 to the connection end 12 the cooling unit 1 to be led. About the outlet 5 the heated coolant is supplied to a heat sink.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kühleinheitcooling unit
22
Kühlmantelcooling jacket
33
Kühlkanalcooling channel
44
Einlassinlet
55
Auslassoutlet
66
Zentrale AchseCentral axis
77
Ripperib
88th
Umlenkungsabschnittdeflection section
99
Radial äußere Fläche des KühlmantelsRadial outer surface of the cooling jacket
1010
Erster KühlkanalabschnittFirst cooling channel section
1111
Zweiter KühlkanalabschnittSecond cooling duct section
1212
Anschlussseitiges Ende (der Kühleinheit)Connection end (the cooling unit)
1313
Abgewandtes Ende (der Kühleinheit)Opposite end (the cooling unit)

Claims (2)

Kühleinheit (1) zur Kühlung einer elektrischen Maschine, wobei die Kühleinheit (1) einen hohlzylindrischen Kühlmantel (2) und einen an dem Kühlmantel (2) ausgebildeten Kühlkanal (3) aufweist, wobei der Kühlkanal (3) in Form einer Doppelhelix, nämlich aus zwei umeinander laufenden, benachbarten, jedoch strömungstechnisch voneinander getrennten Kühlkanalabschnitten (10, 11), ausgebildet ist, und einen Einlass (4) über den dem Kühlkanal (3) ein Kühlmittel zugeführt wird, sowie einen Auslass (5), über den das Kühlmittel einer Wärmesenke zugeführt wird, umfasst, wobei sich der Einlass (4) und der Auslass (5) in Bezug auf eine zentrale Achse (6) der Kühleinheit (1) axial im Wesentlichen an derselben Position angeordnet sind, wobei die Kühlkanalabschnitte (10, 11) über zumindest zwei umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte (8) miteinander verbunden sind und jeweils zumindest im Bereich der Umlenkungsabschnitte (8) zumindest eine Rippe (7) aufweisen.Cooling unit (1) for cooling an electrical machine, wherein the cooling unit (1) has a hollow cylindrical cooling jacket (2) and a cooling channel (3) formed on the cooling jacket (2), wherein the cooling channel (3) in the form of a double helix, namely two mutually running, adjacent, but fluidly separated cooling duct sections (10, 11), is formed, and an inlet (4) via which the cooling channel (3) a coolant is supplied, and an outlet (5) via which the coolant of a Heat sink is supplied, wherein the inlet (4) and the outlet (5) with respect to a central axis (6) of the cooling unit (1) are arranged axially substantially at the same position, wherein the cooling channel sections (10, 11) via at least two circumferentially spaced deflection sections (8) are interconnected and each at least in the region of the deflection sections (8) at least one rib (7). Kühleinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kühlkanalabschnitte (10, 11) jeweils drei Rippen (7) aufweisen und über vier umfänglich voneinander beabstandete Umlenkungsabschnitte (8) miteinander verbunden sind.Cooling unit (1) after Claim 1 , characterized in that the two cooling channel sections (10, 11) each have three ribs (7) and are interconnected via four circumferentially spaced deflecting sections (8).
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