DE-102025144934-A1 - NUTINTERNE KÜHLKANÄLE FÜR ELEKTRISCHE MASCHINE

Abstract

Es wird ein Kühlverteiler (112, 800) für eine elektrische Maschine (14, 100) mit einer Zuführlösung mit Hohlbolzen (110) vorgeschlagen, die eine bestehende Bolzenstruktur und Schnittstelle mit einem Gehäuse (201) der elektrischen Maschine nutzt, um einen Fluiddurchlass zum Leiten von Kühlmittel zu Innenabschnitten eines Stators der elektrischen Maschine (14, 100) zu bilden. Der Hohlbolzen (110) bildet eine abgedichtete Fluidschnittstelle, ohne dass es nötig ist, eine zusätzliche Dichtung hinzuzufügen, wodurch sich der Fertigungsaufwand der elektrischen Maschine (14, 100) verringert. Durch nutinternes Kühlen mit dem Verteiler (112, 800) oder mit einer Vielzahl der Verteiler kann eine Abhängigkeit von Nutauskleidungen und Lack zum Begrenzen einer relativen Bewegung von Wickelköpfen des Stators und Bereitstellen von elektrischer Isolierung entfallen, während zudem der heißeste Teil der elektrischen Maschine (14, 100) gekühlt wird, wodurch die thermisch begrenzte Fähigkeit der Maschine erheblich beeinflusst wird.

Inventors

• Nicholas Chase
• Wenbo Liu
• Myung Ki SUNG
• Seth Avery
• Alfredo R. Munoz

Assignees

• FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20251031

Priority Date

20241105

Claims (15)

1. Kühlsystem (24) für eine elektrische Maschine (14, 100), die einen Stator (102) und ein Gehäuse (201) aufweist, wobei das Kühlsystem (24) Folgendes umfasst: einen Kühlverteiler (112, 800), der in einer axialen Mitte des Stators (102) positioniert und koaxial zu einer Mittelachse (390) des Stators (102) ausgerichtet ist; und einen Bolzen (110), der den Stator (102) an dem Gehäuse (201) festklemmt, wobei der Bolzen (110) einen hohlen Bereich beinhaltet, der einen Fluideinlass und einen Fluidauslass umfasst, die dazu konfiguriert sind, ein Kühlmittel von dem hohlen Bereich in eine Vielzahl von Durchlässen (550, 1650, 610) des Kühlverteilers (112, 800) zu übertragen.
2. Kühlsystem (24) nach Anspruch 1 , wobei der hohle Bereich einen ersten Abschnitt (117), der sich in das Gehäuse (201) erstreckt, und einen zweiten Abschnitt (119), der sich in ein Statorblechpaket (503, 103) der elektrischen Maschine (14, 100) erstreckt, beinhaltet, wobei der zweite Abschnitt (119) eine oder mehrere Radialbohrungen (116) beinhaltet, die um einen Umfang von Seiten des hohlen Bereichs herum positioniert sind, wobei die eine oder die mehreren Radialbohrungen (116) so positioniert sind, dass sie es dem Kühlmittel ermöglichen, von einem mittigen Durchlass (113) des hohlen Bereichs zu einem Durchlass (118) zwischen einem Statorblechpaketohrloch (121) der elektrischen Maschine (14, 100) und einem Außenumfang (120) des hohlen Bereichs zu strömen.
3. Kühlsystem (24) nach Anspruch 2 , wobei der Durchlass (118) durch eine Klemmkraft des Bolzens (110) an einem Kopf (130) des Bolzens (110) und dem Gehäuse (201) abgedichtet ist und der Bolzen (110) eine Lippe (220) um einen Außenumfang (120) des Bolzens (110) herum beinhaltet, die den Durchlass (118) an einer Schnittstelle zwischen dem Gehäuse (201) und dem Statorblechpaket (103) abdichtet.
4. Kühlsystem (24) nach Anspruch 2 , wobei die Vielzahl von Durchlässen (550, 1650, 610) des Kühlverteilers (112, 800) axial durch eine Kompression einer Vielzahl von Bolzen (302), die den Bolzen (110) beinhaltet, gegen Blechungen des Statorblechpakets (503, 103) abgedichtet ist.
5. Kühlsystem (24) nach Anspruch 2 , wobei der Kühlverteiler (112, 800) in Fluidverbindung mit dem Fluidauslass steht und der Kühlverteiler (112, 800) eine teilweise offene Kompressionsbegrenzungsöse (312) einer Bolzenbohrung (309) umfasst, durch die Kühlmittel von dem Fluidauslass des hohlen Bereichs in einen radialen Einlass des Kühlverteilers (112, 800) übertragen wird.
6. Kühlsystem (24) nach Anspruch 5 , wobei die Kompressionsbegrenzungsöse (312) Dübelmerkmale beinhaltet, die sich teilweise in Abschnitte einer Vielzahl von Nuten (311) des Statorblechpakets (503, 103) erstrecken, die den Kühlverteiler (112, 800) an der Vielzahl von Statorblechpaketnuten (311) ausrichten.
7. Kühlsystem (24) nach Anspruch 6 , wobei sich der Kühlverteiler (112, 800) radial und nach innen in die Vielzahl von Statorblechpaketnuten (311) erstreckt, um eine Presspassung mit den Wicklungen (1502, 1304, 512, 104) des Stators (102) auszubilden.
8. Kühlsystem (24) nach Anspruch 7 , wobei der Kühlverteiler (112, 800) aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt ist und ferner Folgendes umfasst: einen ersten Umfangsbereich (802, 502), der das Kühlmittel in Umfangsrichtung um den Stator (102) herum an die Vielzahl von Statorblechpaketnuten (311) an einem Außenumfang (1508) des Kühlverteilers (112, 800) verteilt; einen zweiten Umfangsbereich (806, 504), der das Kühlmittel in Umfangsrichtung um den Stator (102) herum an die Vielzahl von Statorblechpaketnuten (311) an einem Innenumfang des Kühlverteilers (112, 800) verteilt; und einen mittigen Umfangsbereich (506), der eine Vielzahl von Radialrippen (508, 808) beinhaltet, wobei jede Radialrippe (508) ein mechanisches Rückhaltemerkmal ist, das den ersten Umfangsbereich (802, 502) mit dem zweiten Umfangsbereich (806, 504) derart verbindet, dass der Kühlverteiler (112, 800) als ein einzelnes Teil geformt ist.
9. Kühlsystem (24) nach Anspruch 8 , wobei: der mittige Umfangsbereich (506) eine Presspassung mit den Wicklungen (1502, 1304, 512, 104) aufweist, um mechanische Abstützung bereitzustellen, die nötig ist, um zu verhindern, dass eine äußere Emaillebeschichtung der Wicklungen (1502, 1304, 512, 104) an dem Statorblechpaket (503, 103) reibt, und Merkmale des Kühlverteilers (112, 800), die eine Schnittstelle mit den Wicklungen (1502, 1304, 512, 104) bilden, aus einem Umspritzmaterial hergestellt sind, das weicher als ein Material des Kühlverteilers (112, 800) ist.
10. Kühlsystem (24) nach Anspruch 1 , wobei der Kühlverteiler (112, 800) aus Elektrostahl oder Aluminium hergestellt ist und ferner zwei laminierte Teilstapel (904) umfasst, die abwechselnde und verbundene Umfangstaschen beinhalten, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel in Umfangsrichtung verteilt wird, während weiterhin eine kontinuierliche Blechung beibehalten wird.
11. Kühlsystem (24) nach Anspruch 2 , ferner umfassend einen ersten Kühlverteiler (112, 800), der an einem ersten Ende (1204) des Statorblechpakets (503, 103) positioniert ist, und einen zweiten Kühlverteiler (112, 800, 112), der an einem zweiten Ende (1206) des Blechpakets (103) des Stators (102) positioniert ist, wobei das Kühlmittel abwechselnd zu Durchlässen (550, 1650, 610) des ersten Kühlverteilers (112, 800) und des zweiten Kühlverteilers (112, 800) derart geleitet wird, dass jede Nut (1516) des Statorblechpakets (503, 103) durch einen von dem ersten Kühlverteiler (112, 800) und dem zweiten Kühlverteiler (112, 800) gespeist wird.
12. System, umfassend: eine elektrische Maschine (14, 100), die einen Stator (102) beinhaltet; ein Kühlsystem (24), das dazu konfiguriert ist, ein Kühlmittel von einer Kühlmittelpumpe zu dem Stator (102) zu leiten; und einen Bolzen (110), der das Kühlsystem (24) an die elektrische Maschine (14, 100) koppelt, wobei der Bolzen (110) einen hohlen Bereich beinhaltet, der eine oder mehrere Radialbohrungen (116) beinhaltet, die um einen Außenumfang (120) des hohlen Bereichs herum positioniert sind, wobei die eine oder die mehreren Radialbohrungen (116) so positioniert sind, dass sie es dem Kühlmittel ermöglichen, von dem hohlen Bereich zu einem Kühlverteiler (112, 800) der elektrischen Maschine (14, 100) über einen Durchlass (118) zwischen einem Statorblechpaketohrloch (121) der elektrischen Maschine (14, 100) und einem Außenumfang (120) des hohlen Bereichs zu strömen.
13. System nach Anspruch 12 , wobei der Kühlverteiler (112, 800) eine teilweise offene Kompressionsbegrenzungsöse (312) einer Bolzenbohrung (309) umfasst, durch die Kühlmittel von dem Durchlass (118) in einen radialen Einlass des Kühlverteilers (112, 800) übertragen wird.
14. System nach Anspruch 12 , wobei sich der Kühlverteiler (112, 800) radial und nach innen in eine Vielzahl von Statorblechpaketnuten (311) des Stators (102) erstreckt, um eine Presspassung mit Wicklungen (1502, 1304, 512, 104) des Stators (102) auszubilden.
15. System nach Anspruch 12 , ferner umfassend eine Dichthülse (1004), die an einem Innendurchmesser des Stators (102) positioniert ist, um nutinterne Fluiddurchlässe (550, 1650, 610) des Kühlverteilers (112, 800) so abzudichten, dass kein Kühlmittel in einen Maschinenluftspalt (160, 1006) zwischen dem Stator (102) und einem Rotor der elektrischen Maschine (14, 100) austritt.

Description

Gebiet der Technik Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Kühlen eines Elektromotors eines Fahrzeugs. Allgemeiner Stand der Technik Während des Betriebs erzeugt eine elektrische Maschine elektromagnetische Verluste in Form von Wärme, die sich in den meisten Fällen in einem Stator der elektrischen Maschine konzentriert. Weiterhin wird die langfristige Leistungsfähigkeit einer elektrischen Maschine durch eine Fähigkeit, Wärme abzuleiten, gekoppelt mit Temperaturgrenzen des Komponentenmaterials, bestimmt. Eine Überhitzung der elektrischen Maschine kann zu verminderter Leistungsfähigkeit und schließlich zu einer Abnutzung der elektrischen Maschine führen. Kurzdarstellung Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Systeme und Verfahren entwickelt, um eine Überhitzung der elektrischen Maschine zumindest teilweise zu bewältigen. Insbesondere sind der heißeste Teil der elektrischen Maschine (z. B. die thermisch begrenzende heiße Stelle) die Wicklungen in der Mitte des Stators, die Kühlmittel, das durch die bestehenden Kühllösungen zugeführt wird, möglicherweise nicht direkt aufnehmen. Durch direktes Kühlen der heißen Stelle kann eine höhere Leistungsdichte ermöglicht werden und kann sich eine kontinuierliche Leistung im Vergleich zu den bestehenden Kühllösungen erhöhen. In einem Beispiel kann die direkte Kühlung der Wicklungen durch ein Kühlsystem für eine elektrische Maschine erfolgen, die einen Stator und ein Gehäuse aufweist, wobei das Kühlsystem einen Kühlverteiler, der in einer axialen Mitte des Stators positioniert und koaxial zu einer Mittelachse des Stators ausgerichtet ist; und einen Bolzen, der den Stator an dem Gehäuse festklemmt, umfasst, wobei der Bolzen einen hohlen Bereich beinhaltet, der einen Fluideinlass und einen Fluidauslass umfasst, die dazu konfiguriert sind, ein Kühlmittel aus dem hohlen Bereich in eine Vielzahl von Durchlässen des Kühlverteilers zu übertragen. Das Kühlmittel kann von dem Gehäuse durch den hohlen Bereich zu dem Kühlverteiler geleitet werden und anschließend über radiale Durchlässe, die sich in Wicklungsnuten des Stators erstrecken, zu Wickelköpfen des Stators gerichtet werden. Das Kühlmittel kann zudem von einem Einlass des Kühlverteilers zu sämtlichen der radialen Durchlässe über Umfangsdurchlässe innerhalb des Verteilers zirkulieren. Mit anderen Worten kann eine Vielzahl von Durchlässen in den Stator integriert sein, die es dem Kühlmittel ermöglichen, zwischen dem Statorblechpaket und den Wicklungen zu strömen, um eine heiße Stelle direkt zu kühlen, während Anforderungen zur mechanischen Rückhaltung erfüllt werden. In einer elektrischen Maschine kann auf mechanische Rückhaltung zwischen einem Statorblechpaket und einem Gehäuse der elektrischen Maschine zurückgegriffen werden, um Reaktionsdrehmoment bereitzustellen. Zwei gängige Verfahren zur Statorrückhaltung sind die Verwendung von Bolzen (durch Ohren, die sich außerhalb eines Statorjochs befinden) und einer Presspassung (zwischen dem Statorblechpaket und dem Gehäuse), bei der keine Bolzen verwendet werden. Während Presspassungen für Geräusch, Vibration und Rauigkeit (NVH) und bei Bildung von Fluidschnittstellen mit dem Statorblechpaket vorteilhaft sind, werden Bolzen aufgrund erhöhter Blechpaketverluste, die durch Druckspannungen einer Presspassung verursacht werden, häufig bevorzugt. Während Bolzen zur Statürrückhaltung verwendet werden, um Blechpaketverluste zu minimieren, stellt der Hohlbolzen somit eine neuartige Schnittstelle zum Einführen des Kühlmittels in die Mitte der elektrischen Maschine dar. Auf diese Weise machen sich ein oder mehrere Fluidverteiler mit Hohlbolzenzuführungen einen bestehenden Bolzen und eine bestehende Schnittstelle mit dem Gehäuse zunutze, um einen Fluiddurchlass zu den Wicklungen des Stators zu bilden. Der Hohlbolzen bildet eine abgedichtete Fluidschnittstelle, ohne dass eine zusätzliche Dichtung hinzugefügt werden muss, wodurch sich der Fertigungsaufwand der elektrischen Maschine verringert. Eine mechanische Rückhaltung wird zudem innerhalb der Nuten zwischen den Statorwicklungen und dem Statorblechpaket verwendet, um eine relative Bewegung zu verhindern, die zu einer Abnutzung der Isolierung führen kann. Nutauskleidungen und Lack können verwendet werden, um diese relative Bewegung zu begrenzen und elektrische Isolierung bereitzustellen. Infolgedessen kann durch das nutinterne Kühlen mit dem/den Verteiler(n) die Verwendung von Nutauskleidungen und Lack entfallen, während weiterhin die relative Bewegung verringert und die heißeste Stelle der Maschine gekühlt wird, wodurch sich Fertigungsressourcen und -aufwand verringern und sich gleichzeitig die thermisch begrenzte Fähigkeit der Maschine erhöht. Die vorstehenden Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung erschließen sich ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese für sich oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird