Elektromotor

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor in Verbindung mit einer Pumpe und einem Elektronikbauteil. In einem Elektromotor und der zugeordneten Leistungselektronik werden im laufenden Betrieb je nach Belastung mehr oder weniger Verluste erzeugt und dadurch wird Wärme freigesetzt. Eine unzulässig hohe Erwärmung führt zur Schäden am Motor und an der Elektronik. Um die Leistungsdichte des Antriebs zu erhöhen, sucht der Konstrukteur eines geregelten Antriebes regelmäßig nach geeigneten Maßnahmen, die Wärme vom Antrieb abzuführen.

Die US 2005 0047 933 A1 zeigt eine Motorpumpe, bei der das Fördermedium durch ein mehrwandiges Pumpengehäuse geleitet wird. Die WO 2015/195 411 A1 zeigt eine Anordnung der Leistungselektronik in einem Pumpengehäuse, die für eine Kühlung durch Fördermedium sorgen soll.

Die JP 2007 211 695 A zeigt die Kühlung eines Kühlkörpers, der die Wärme der Leistungselektronik aufnimmt und mit Fördermedium gekühlt wird. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlung für einen Elektromotor in Verbindung mit einer Leistungsektronik und einer Pumpe weiter zu entwickeln, der einfach und kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Elektromotor mit einer verbundenen Leistungselektronik und einer Pumpe, umfassend einen Pumpenraum mit einem saugseitigen und einem druckseitigen Anschluss, nach Anspruch eins, wobei eine Kühlvorrichtung der Leistungselektronik und/oder des Motors mit dem Pumpenraum verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Entwärmung des Elektromotors und der verbundenen Leis- tungselektronik über das Förderfluid der Pumpe vorgenommen werden kann. Je nach Temperatur der Förderfluids ist hier eine sehr effiziente Entwärmung möglich. Durch eine solche effizientere Kühlung kann die Leistungsdichte des Aggregates, also Motor und Leistungselektronik und Pumpe, weiterhin gesteigert werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kühlung als Flüssigkeitskühlung ausgeführt, wobei die Kühlflüssigkeit durch das durch die Pumpe geförderte Förderfluid bereitgestellt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Flüssigkeit als Kühlflüssigkeit mit einer hohen Wärmekapazität gegenüber der üblicherweise verwendeten Umgebungsluft, bei einer Kühlung durch einen Lüfter, wirkt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kühlmittelkanal, zur Führung der Kühlflüssigkeit in oder an der Leistungselektronik vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die Kühlflüssigkeit zu einzelnen Bauteilen hingeführt werden kann. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung bei der die Kühlflüssigkeit vom druckseitigen Anschluss des Pumpengehäuses durch den Kühlmittelkanal zum saugseitigen Anschluss des Pumpengehäuses verläuft. Dies bewirkt, dass die Kühlflüssigkeit mit dem Druck, der durch die Pumpe aufgebaut wird in den Kühlmittelkanal eingebracht wird, während gleichzeitig mit dem Sog der Saugseite der Pumpe am anderen Ende des Kühlmittelkanals an der Kühlflüssigkeit gesaugt wird. Das erwärmte Förderfluid, das als Kühlflüssigkeit gedient hat, wird auf der Saugseite der Pumpe in das übrige Förderfluid hinein gemischt. In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Kühlung des Elektromotors vorgesehen ist, wobei ein Kühlmittelkanal im oder am Elektromotor vorgesehen. Der Kühlmittelkanal verzweigt sich an den Lagerschildern des Elektromotors und verläuft als parallele axiale Kanäle durch das Statorgehäuse oder direkt an dieses angepasst. Hierbei ist jeweils abzuwägen, welchen Einfluss ein Kühlmittelkanal auf die elektromagnetischen Eigenschaften des Elektromotors oder der Leistungselektronik hat und welchen Nutzen die gezielte Entwärmung bestimmter Stellen bringt. In den beiden Lagerschildern, welche sich auch aus mehreren Teilen zusammensetzen können, kann eine Verschaltung der Kühlmittelkanäle vorgenommen werden. Der Verlauf des Kühlmediums durch einzelne Bereiche des Antriebes lässt sich im Rahmen der Konstruktion des Antriebes festlegen. So lassen sich in einer weiteren Ausgestaltung an vom Kühlmittelkanal entfernten Komponenten der Leistungselektronik und/oder des Elektromotors Heatpipes vorsehen, die zur Entwärmung mit dem Kühlmittelkanal verbunden sind. Damit lassen sich spezielle Hotspots, also Stellen mit erhöhtem Wärmeeintrag, die eventuell für einen Kühlmittelkanal nicht einfach zu erreichen sind, entwärmen, wobei der kalte Teil der Heatpipe in das Kühlmittel entwärmt werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung ist in der Zuleitung ein Stellglied zur Festlegung der Durchflussmenge vorgesehen, insbesondere ein Thermostatventil. Dies hat den Vorteil, dass nur so viel Kühlmittel vom Förderfluid abgezweigt wird, wie aufgrund der Erwär- mung des Elektromotors oder der Leistungselektronik benötigt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die saugseitigen und druckseitigen Anschlüsse mittels Adapter an bestehenden Pumpengehäusen nachrüstbar. Dies hat den Vorteil, dass eine erfindungsgemäße Kühlung nachrüstbar ist, insbesondere bei Pumpen kön- nen Adapter an den Stutzen der Saug- und Druckseite angebracht werden, die über die Anschlüsse zum Abzweigen des Kühlmittels verfügen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt: Die Figur 1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Pumpe im Längsschnitt, die Figur 2 eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Pumpe im Längsschnitt, die Figur 3 einen zugehörigen Querschnitt, die Figur 4 eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Pumpe im Längsschnitt, die Figur 5 einen zweiten zugehörigen Querschnitt, die Figur 6 einen dritten zugehörigen Querschnitt, die Figur 7 einen vierten zugehörigen Querschnitt, die Figur 8 einen fünften zugehörigen Querschnitt.

Figur 1 zeigt eine elektrisch angetriebene Pumpe, die mit einem Elektromotor 1 , einer Leistungselektronik 2 ausgestattet ist. Bei der Pumpe kann es sich beispielsweise um eine Kreiselpumpe handeln, wobei andere Pumpentypen ebenfalls möglich sind. Die dargestellte Pumpe verfügt über ein Pumpengehäuse 3, das an einem der Lagerschilde 4 des Elektromotors angeflanscht ist. Außerdem werden Anschlüsse für Fluidleitungen an dem Pumpengehäuse 3 vorgesehen, jeweils ein Anschluss für die Druckseite 5 und die Saugseite 6. An diesen Anschlüssen sind die Zuleitung 7 und die Rückleitung 8des Kühlsystems vorgesehen. So wird auf der Druckseite 5 kaltes Förderfluid in den Kühlmittelkanal eingeprägt, auf der Saugseite 6 wird das Förderfluid dann wieder in den Strom des Förderfluids eingespeist. Die Zuleitung 7 und die Rückleitung 8 des Kühlsystems können sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des Pumpengehäuses befinden.

Figur 2 zeigt eine axiale Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe mit spiralförmi- gen Kühlmittelkanälen 11 , die direkt mit der Zuleitung 7 und der Rückleitung 8 verbunden sind. Der Kühlmittelkanal 11 ist um den Elektromotor geführt, wobei der Kühlmittelkanal 11 außen am Gehäuse des Elektromotors 1 und/oder zwischen dem Elektromotor 1 und der Leistungselektronik 2 angeordnet sein kann. Figur 3 zeigt einen Schnitt durch den Elektromotor 1 und die Leistungselektronik 2, wobei die Anordnung der spiralförmigen Kühlmittelkanäle 11 im Motorgehäuse 15 um den Stator 13 besonders hervorzuheben ist. Der Rotor 14 des Elektromotors ist ebenfalls schematisch dargestellt. Der spiralförmige Kühlmittelkanal 1 1 verfügt über die beiden Anschlüsse Zuleitung 7 und Rückleitung 8.

Figur 4 zeigt eine axiale Darstellung der erfindungsgemäßen Pumpe mit axialen Kühlmittelkanälen 12. Im pumpenseitigen A-Lagerschild 4a wird das noch kühle Förderfluid über einen zentralen Kaltwassersammelring 9, der an der Druckseite 6 vorgesehen ist, auf die einzelnen Bereiche der Kühlmittelkanäle 12 verteilt. Im gegenüberliegenden B- Lagerschild 4b des Elektromotors wird der Kühlmittelfluss umgelenkt und über die Kühlmittelleitungen 12 wieder zurück ins A-Lagerschild 4a geleitet, wo er mittels eines Warmwassersammelrings 10, der Rückleitung 8 zugeführt wird. Von hier aus wird das Kühlmittel über die Saugseite 6 dem Fördermedium wieder zugeführt, wobei abhängig von der Fördermenge eine gute Durchmischung bereits schnell und einfach erreichbar ISt.

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch den Elektromotor und die Leistungselektronik 2 mit axialen Kühlmittelkanälen 12 im Motorgehäuse 15. Je nach Bedarf und Fertigbarkeit können die Kühlmittelkanäle 12 näher am Stator 13 angeordnet sein oder weiter weg. Die Verteilung des Kühlmediums kann hier und in den folgenden Beispielen, wie oben gezeigt über spezielle Ausgestaltungen der Leitungsführung in den Lagerschilden erfol- gen. Insbesondere können die gezeigten Kalt- und Warmwassersammelringe zum Einsatz kommen. Entsprechende Lagerschilde sind bei Bedarf mittels 3d Druckverfahren herstellbar oder können alternativ mit außerhalb des Gehäuses liegenden Rohrleitungen ausgestattet sein.

Figur 6 zeigt einen Schnitt durch den Elektromotor und die Leistungselektronik 2 mit axialen Kühlmittelkanälen 12 zum Teil im Motorgehäuse 15 und/oder zum Teil in den Motorfüssen 16 und/oder zum Teil im Elektronikgehäuse 2. Die Herstellung derartiger Kühlmittelkanäle ist einfach und kostengünstig herstellbar, außerdem sind die zu küh- lenden Bereiche sehr gut thermisch angebunden.

Figur 7 zeigt einen Schnitt durch den Elektromotor und die Leistungselektronik 2 mit axialen Kühlmittelkanälen 12 zum Teil im Motorgehäuse 15 und/oder zum Teil im Elektronikgehäuse 2. Auch hier kann die Kühlung dort vorgenommen werden, wo sie speziell notwendig erscheint. So ist beispielsweise ein Steuerungselektronikmodul nicht besonders zu kühlen, während ein Leistungselektronikmodul besondere Kühlung benötigen kann.

Figur 8 zeigt einen Schnitt durch den Elektromotor und die Leistungselektronik 2 mit axi- alen Kühlmittelkanälen 12 im Stator 13 des Motors. Selbstverständlich lassen sich auch Kombinationen der dargestellten Anordnungen vorstellen. Je nach Bedarf können Kühlung von Stator, Motorgehäuse, Lagerschilde und Elektronikmodulen vorgesehen und entsprechend kombiniert werden. Bezugszeichen

1 Elektromotor

2 Leistungselektronik

3 Pumpengehäuse

4 Lagerschild

5 Druckseite

6 Saugseite

7 Zuleitung

8 Rückleitung

9 Kaltwassersammelring

10 Warmwassersammelring

1 1 spiralförmiger Kühlmittelkanal

12 axialer Kühlmittelkanal 13 Stator

14 Rotor

15 Motorgehäuse

16 Motorfüsse