DE102020206773A1

DE102020206773A1 - Vorrichtung zur Kühlung eines Stators

Info

Publication number: DE102020206773A1
Application number: DE102020206773.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kurz
Original assignee: Magna PT BV and Co KG
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2021-12-02

Abstract

Vorrichtung zur Kühlung eines Stators einer elektrischen Maschine mit einem Kühlmantel, der für die Zirkulation eines Kühlfluids vorgesehen ist, wobei ein einziger Kühlfluideinlauf zum Einlassen des Kühlfluids vorhanden ist, der axial in der Mitte der Zylinderwand des Kühlmantels angeordnet ist, und zwei Kühlpfade hat, die zentral vom einziger Kühlfluideinlauf ausgehen und sich von der Mitte des Zylindermantels zu jeweils einem entsprechenden Ende des Kühlmantels erstrecken, wobei die beiden Kühlmittelausgänge in derselben Schnittebene des Zylindermantels angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Stators gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus der EP 461 906 A2 ist ein Statorkühlsystem für eine elektrische Maschine bekannt. Bei diesem Kühlsystem wird der Stator einer elektrischen Maschine gleichmäßig durch die den Statorträger beidseitig umlaufenden Kühlmittelpassagen gekühlt. Der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass sind um 180 Grad radial versetzt gegenüber liegend am Statorgehäuse angeordnet, dadurch wird eine gleichmäßige Umströmung des Statorträgers und damit des Stators mit Kühlmittel erreicht.
Nachteilig an diesem System ist, dass bei einer Anordnung des Kühlmitteleinlasses und des Kühlmittelauslasses eine ungleichmäßige Kühlung des Stators stattfindet und die elektrische Maschine ungleichmäßigen thermischen Belastungen ausgesetzt ist.
Aus der US 9 397 536 B2 ist ein Kühlsystem für eine elektrische Maschine bekannt, wobei in einer Ausführungsform eine zentrale Zuführung von Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, die mittig im Statormantel angebracht sind. Die Abläufe des Kühlstroms sind jeweils an den Stirnseiten der Statoranordnung angebracht.
DE 102008 049 226 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Kühlung eines Stators der Kühlfluidzulauf und der Kühlfluidablauf radial asymmetrisch zum Mittelpunkt des Statorträgers am Außenmantel des Statorträgers angeordnet, also auf einem Kreisumfang bezüglich des Mittelpunkts nicht gegenüber liegend, und weist die erste kürzere Kühlfluidpassage vom Kühlfluidzulauf zum Kühlfluidablauf einen größeren Strömungswiderstandskennwert auf als die zweite längere Kühlfluidpassage vom Kühlfluidzulauf zum Kühlfluidablauf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Kühlung eines Stators zur Verfügung zu stellen, die eine optimale baulichen Ausgestaltung unter Beibehaltung einer gleichmäßigen Kühlung ermöglicht.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung zur Kühlung eines Stators einer elektrischen Maschine mit einem Kühlmantel, der für die Zirkulation eines Kühlfluids vorgesehen ist, wobei ein einziger Kühlfluideinlauf zum Einlassen des Kühlfluids vorhanden ist, der axial in der Mitte der Zylinderwand des Kühlmantels angeordnet ist, und mindestens zwei Kühlpfade hat, die zentral vom einziger Kühlfluideinlauf ausgehen und sich von der Mitte des Zylindermantels zu jeweils einem entsprechenden Ende des Kühlmantels hin erstreckt, wobei die beiden Kühlmittelausgänge in derselben Schnittebene des Zylindermantels angeordnet sind.
Es ist von Vorteil, dass die die Eingangsströmung und die Ausgangsströmungen des Kühlfluids parallel zueinander entweder in der gleichen Richtung oder um 180 Grad zueinander versetzt erfolgen.
Es ist von Vorteil, dass im Inneren des Kühlmantels spiral- oder mäanderförmige Strukturen das Kühlfluid vom zentralen Kühlfluideinlauf aus verteilen.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Kühlmantels,
2 zeigt eine Schnittbild des Kühlmantels.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, umfasst eine elektrische Maschine eine Welle, die drehbar montiert ist, um sich um eine zentrale Rotationsachse zu drehen, einen zylindrischen Permanentmagnetrotor, der auf der Welle angebracht ist, um sich mit der Welle selbst zu drehen, und einen zylindrisch-rohrförmigen um den Rotor angeordneten Stator.
Der Stator umfasst einen torusförmigen Magnetkern und dreiphasige Statorwicklungen, die teilweise in entsprechenden axialen Aussparungen angeordnet sind, die im Magnetkern gehalten sind.
Die Enden der Statorwicklungen ragen von beiden Seiten des Magnetkerns selbst axial aus den Aussparungen des Magnetkerns heraus. Der Rotor umfasst einen zylindrisch geformten Magnetkern, der aus einer Reihe von Sandwichfolien und mehreren Magnetpolen besteht, die aus Permanentmagneten bestehen, die in den Magnetkern eingebettet sind.
Der Stator wird in ein zylindrisches Gehäuse eingeführt, das eine zylindrisch geformte Seitenfläche und zwei kreisförmige Endwände 10 aufweist. Ein Kühlmantel für eine solche elektrische Maschine wird entweder direkt als Gehäuseteil oder innerhalb dieses Gehäuses angeordnet.
1 und 2 zeigen einen Kühlmantel 1 einer elektrischen Maschine für den Stator. Innerhalb des Kühlmantels wird der Stator und der Rotor der elektrischen Maschine verbaut. Der Kühlmantel 1 bildet einen zylindrischen Körper aus, der einen Zylindermantel 1A mit einer Zylinderlänge 1B und zwei Enden 1C aufweist. Ein Kühlfluidzulauf 4 und zwei Kühlfluidabläufe 3 sind in einer gemeinsamen Schnittebene 6 des Zylindermantels 1A angebracht. Die Schnittebene 6 spannst sich entlang einer Sekante, die den Zylindermantel 1A schneidet, auf. Der Kühlfluidzulauf 4 ist mittig am Zylindermantel 1A angebracht. Die beiden Kühlfluidabläufe 4 sind jeweils an den Enden 1C des Zylindermantels 1A angebracht. Im Ausführungsbeispiel verlaufen die Richtungen also die Eingangsströmung E und die Ausgangsströmungen A, in denen das Kühlfluid strömt, parallel zueinander.
Alternativ dazu können die beiden Kühlfluidabläufe 3 so angebracht sein, dass die Ausgangsströmung A um 180 Grad gegenläufig zur Eingangsströmung E erfolgt.
Der Kühlfluidzulauf 4 und die beiden Kühlfluidabläufe 3 sind an dem nach Einbau geodätisch höchsten Punkt des Kühlmantels angeordnet.
In der 1 sind beispielhaft Rippen 5 gezeigt, die spiralförmig, ausgehend von einer v-förmigen Ausbildung 5A, nach außen auf die jeweiligen Enden 1C des Zylindermantels 1A hin verlaufen.
Im Ausführungsbespiel strömt das Kühlfluid über den Kühlmitteleinlauf 4 entlang der inneren Wandung des Zylinders bis das Fluid an der v-förmigen Ausbildung 5A auf zwei Fluidströme aufgeteilt wird.
Der Kühlmantel für die Stator Kühlung einer elektrischen Maschine weist somit ein zentral in der Mitte des Zylindermantels 1 angebrachten Kühlmitteleinlauf und eine verteilte Fluidströmung auf.
Man erhält eine effiziente Kühlung des heißen Bereiches des Stators, der in der Mitte der elektrischen Maschine liegt. Hier trifft das Kühlfluid zuerst auf und verteilt sich über die inneren Strukturen wie Rippen und Kanäle zu den Enden 1C hin und kann auch für die Kühlung weiterer Komponenten der elektrischen Maschine. Die Anschlüsse des Kühlkörpers liegen in einer Ebene und sind leicht baulich anzubinden und gut zugänglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 461906 A2 [0002]
US 9397536 B2 [0003]
DE 102008049226 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Kühlung eines Stators einer elektrischen Maschine mit einem Kühlmantel (1), der für die Zirkulation eines Kühlfluids vorgesehen ist, wobei ein einziger Kühlfluideinlauf (4) zum Einlassen des Kühlfluids vorhanden ist, der axial in der Mitte der Zylinderwand (1A) des Kühlmantels (1) angeordnet ist, und mindestens zwei Kühlpfade hat, die zentral vom einzigen Kühlfluideinlauf (4) ausgehen und sich von der Mitte des Zylindermantels (1A) zu jeweils einem entsprechenden Enden (1C) des Kühlmantels erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kühlmittelausgänge (3) in derselben Schnittebene (6) des Zylindermantels (1A) angeordnet sind.
Vorrichtung zur Kühlung eines Stators einer elektrischen Maschine mit einem Kühlmantel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Eingangsströmung (E) und die Ausgangsströmungen (A) des Kühlfluids parallel zueinander entweder in der gleichen Richtung oder um 180 Grad zueinander versetzt erfolgen.
Vorrichtung zur Kühlung eines Stators einer elektrischen Maschine mit einem Kühlmantel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Kühlmantels spiral- oder mäanderfömige Strukturen das Kühlfluid vom zentralen Kühlfluideinlauf (4) aus verteilen.