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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen betreffen den Stand der Technik der elektrischen Maschinen und insbesondere eine elektrische Maschine mit einem integrierten Rotortemperaturgeber.
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Elektrische Maschinen erzeugen Arbeit aus elektrischer Energie, die einen Stator passiert, um eine elektromotorische Kraft in einem Rotor zu erzeugen. Die elektromotorische Kraft erzeugt eine Rotationskraft an dem Rotor. Die Rotation des Rotors wird verwendet, um verschiedene externe Vorrichtungen anzutreiben. Selbstverständlich können elektrische Maschinen ebenso eingesetzt werden, Elektrizität aus einem Arbeitsaufwand zu erzeugen. In beiden Fällen erzeugen elektrische Maschinen derzeit größere Ausgangsleistungen bei höheren Drehzahlen und sie werden in kleineren Einheiten entworfen. Die höheren Leistungsdichten und Drehzahlen führen häufig zu rauen Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel hohe Innentemperaturen, Schwingungen und dergleichen. Dementsprechend enthalten viele herkömmliche elektrische Maschinen Geber, die zum Beispiel die Statortemperatur, die Gehäusetemperatur und dergleichen überwachen. Typischerweise nehmen die Geber die Form von Temperaturgebern an, die an einem Gehäuse der elektrischen Maschine angebracht sind. Die Geber umfassen eine separate Verkabelung, die zum Beispiel mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die die aufgenommenen Daten liest und/oder aufzeichnet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Offenbart ist eine elektrische Maschine, die ein Gehäuse, einen Stator, der in dem Gehäuse angebracht ist, und einen Rotor, der drehbar relativ zu dem Stator in dem Gehäuse angebracht ist, umfasst. Der Rotor umfasst ein Rotorblechpaket mit mehreren Blechungen. Ein Temperaturgeber ist in dem Gehäuse angeordnet. Der Temperaturgeber umfasst eine Aufnahmefläche, die eingerichtet und angeordnet ist, eine Temperatur des Rotors zu erfassen.
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Ebenso ist ein Verfahren zum betrieb einer elektrischen Maschine offenbart. Das Verfahren umfasst ein Drehen eines Rotors relativ zu einem Stator und ein Messen einer Temperatur des Rotors mit einem Temperaturgeber, der in der elektrischen Maschine integriert ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die folgende Beschreibung ist nicht einschränkend in irgendeiner Weise aufzufassen. Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen sind gleiche Elemente gleich nummeriert:
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1 stellt eine elektrische Maschine dar, die einen integrierten Temperaturgeber in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält;
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2 stellt eine elektrische Maschine dar, die einen integrierten Temperaturgeber in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der beispielhaften Ausführungsform enthält; und
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3 stellt eine elektrische Maschine dar, die einen integrierten Temperaturgeber in Übereinstimmung mit noch einem anderen Aspekt der beispielhaften Ausführungsform enthält.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine ausführliche Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der offenbarten Vorrichtung und des Verfahrens ist hierin veranschaulichend und nicht einschränkend mit Bezug auf die Figuren dargelegt.
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Beispielhafte Ausführungsformen sehen einen Temperaturgeber vor, der direkt in eine elektrische Maschine integriert ist. Der Temperaturgeber ist benachbart zu einem Rotor angeordnet. Der Temperaturgeber stellt eine Rückmeldung bezüglich der Rotortemperatur bereit. Das Überwachen der Rotortemperatur verbessert die Maschinenzuverlässigkeit, indem ein Indikator für eine potentielle Ausfallart bereitgestellt wird. Das heißt, die Betriebsparameter der elektrischen Maschine können basierend auf einer Rotortemperatur angepasst werden, um einen potentiellen Rotorausfall, wie zum Beispiel die Entmagnetisierung der Magnete, zu verhindern. Ebenso beseitigt ein Integrieren des Temperaturgebers in die elektrische Maschine jede Notwendigkeit für eine zusätzliche Verkabelung oder zusätzliche externe Anschlüsse, die die Kosten, die Komplexität und eine Gesamtzahl an potentiellen Ausfallpunkten vergrößern. Das Überwachen der Rotortemperatur verbessert die betriebliche Steuerung einer elektrischen Maschine. Das Drehmoment in einer Innendauermagnetmaschine (IPM) umfasst zwei Teile, ein Dauermagnetdrehmoment (PM) und ein Reluktanzdrehmoment. Das Drehmoment der IPM-Maschine ist an die Magnettemperatur gebunden. Eine Erhöhung der Magnettemperatur erfordert einen anderen Steuerpunkt, um ein maximales Drehmomente zu erreichen.
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Eine elektrische Maschine in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist allgemein bei 2 in 1 angegeben. Die elektrische Maschine 2 umfasst ein Gehäuse 4 mit einer ersten und zweiten Seitenwand 6 und 7, die durch eine erste Endwand 8 und eine zweite Endwand oder Abdeckung 10 verbunden sind, um zusammen einen Innenbereich 12 zu definieren. Die erste Seitenwand 6 umfasst eine Innenfläche 16 und die zweite Seitenwand 7 umfasst eine Innenfläche 17. An dieser Stelle ist zu verstehen, dass das Gehäuse 4 ebenso derart aufgebaut sein könnte, dass es eine einzige Seitenwand mit einer durchgehenden Innenfläche umfasst. Die elektrische Maschine 2 ist ferner dargestellt, einen Stator 24 zu enthalten, der an den Innenflächen 16 und 17 der ersten und zweiten Seitenwände 6 und 7 angeordnet ist. Der Stator 24 umfasst einen Körper 28, der einen ersten Endteil 29 aufweist, der sich zu einem zweiten Endteil 30 erstreckt, der mehrere Wicklungen 36 trägt. Die Wicklungen 36 umfassen einen ersten Wicklungskopfteil 40 und einen zweiten Wicklungskopfteil 41.
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Die elektrische Maschine 2 ist ebenfalls dargestellt, eine Welle 54 zu umfassen, die drehbar in dem Gehäuse 4 gehalten wird. Die Welle 54 umfasst ein erstes Ende 56, das sich durch einen Zwischenteil 59 zu einem zweiten Ende 57 erstreckt. Das erste Ende 56 ist drehbar relativ zu der zweiten Endwand 10 durch ein erstes Lager 63 gehalten und das zweite Ende 57 ist drehbar relativ zu der ersten Endwand 8 durch ein zweites Lager 64 gehalten. Die Welle 54 trägt einen Rotor 70, der drehbar in dem Gehäuse 4 angebracht ist. Der Rotor 70 umfasst eine Nabe 74, die relativ an dem Zwischenteil 59 befestigt ist, und ein Rotorblechpaket 79. Das Rotorblechpaket 79 umfasst mehrere Blechungen, von denen eine bei 84 angegeben ist. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform nimmt die elektrische Maschine 2 die Form einer Innendauermagnetmaschine (IPM) derart an, dass die Blechungen 84 eine Reihe von Dauermagneten 90 umfassen und derart gestapelt und ausgerichtet sind, dass sie eine Außendurchmesserfläche 87 des Rotorblechpakets 79 definieren. Selbstverständlich ist zu verstehen, dass die elektrische Maschine 2 eine Vielfalt an Formen annehmen kann.
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Die elektrische Maschine 2 ist mit einer Motorsteuerkonsole 97 durch ein Stromkabel 99 verbunden, das mehrere Stromleiter enthält, von denen einer bei 104 angegeben ist, die den Stator 24 elektrisch mit einer Stromquelle 108 koppeln, die in der Motorsteuerkonsole 97 angeordnete Anschlüsse (nicht dargestellt) aufweist. Die Motorsteuerkonsole 97 beherbergt ebenfalls eine Steuereinrichtung 114, die eingesetzt werden kann, den Motorstart, die Motordrehzahl und/oder das Motorabschalten sowie verschiedene andere Betriebsparameter zu steuern. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 114 mit einem Kühlsystem 120 verbunden, das einen Kühlmittelstrom, wie zum Beispiel Öl, einen Luftstrom oder dergleichen, durch das Gehäuse 4 fördert. Unter „durch” ist zu verstehen, dass das Kühlsystem 120 nicht nur eingerichtet sein kann, einen Kühlmittelstrom direkt in das Gehäuse 4 und/oder auf die ersten und zweiten Lager 63 und 64 zu leiten, sondern ebenfalls eingerichtet sein kann, einen Kühlmittelstrom auf die ersten und zweiten Wicklungskopfteile 40 und 41 des Stators 24 zu leiten oder indirekt durch das Gehäuse 4, wie zum Beispiel durch einen Wassermantel 125, wie er in 3 dargestellt ist, worin gleiche Bezugsziffern korrespondierende Teile in den jeweiligen Ansichten darstellen.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält die elektrische Maschine 2 einen Temperaturgeber 130, der in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform an der Endwand 8 angebracht und in die Richtung der Magnete 90 des Rotors 70 gerichtet ist. Insbesondere umfasst der Temperaturgeber 130 eine berührungslose Aufnahmefläche 135, die in die Richtung der Magnete 90 des Rotors 70 gerichtet ist. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform nimmt der Temperaturgeber 130 die Form eines Infrarot-Temperaturgebers an, wobei jedoch zu verstehen ist, dass der Temperaturgeber 130 andere Formen von berührungslosen Gebern annehmen kann. Außerdem ist zu verstehen, dass die berührungslose Aufnahmefläche 135 ebenfalls auf das Blechpaket 79 gerichtet sein könnte, um eine Temperatur der Blechungen 84 zu erfassen. Der Temperaturgeber 130 ist mit der Steuereinrichtung 114 durch eine Messleitung 137 verbunden. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung 114 die Förderung des Kühlmittels in die elektrische Maschine 2 basierend auf einer Maschineninnentemperatur steuern. Durch die Integration des Temperaturgebers 130 in die elektrische Maschine 2 und Führen der Messleitung 137 durch das Kabel 99 werden die Verkabelungskosten und die Komplexität verringert.
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In weiterer Übereinstimmung mit der dargestellten beispielhaften Ausführungsform umfasst der Temperaturgeber 130 eine Abschirmung 140, die ein Ablenkelement 145 umfasst, das sich vollständig um die berührungslose Aufnahmefläche 135 erstreckt. Das Ablenkelement 145 führt alle Substanzen wie zum Beispiel Kühlmittel, weg von der berührungslosen Aufnahmefläche 135 um zu gewährleisten, dass der Temperaturgeber 130 Messwerte erzielt, die die Rotortemperatur repräsentieren. Das heißt, die Abschirmung stellt sicher, dass der Temperaturgeber 130 Temperaturen aufnimmt, die mit dem Rotor 70 assoziiert sind und nicht eine Temperatur von anderen Oberflächen.
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Nun wird Bezug auf 2 genommen, in der gleiche Bezugsziffern korrespondierende Teile in den jeweiligen Ansichten darstellen, wobei ein Temperaturgeber 160 in Übereinstimmung mit einer anderen beispielhaften Ausführungsform beschrieben wird. Der Temperaturgeber 160 ist in einem Nabenteil 74 integriert und umfasst eine Aufnahmefläche 165, die sich in direktem Kontakt mit dem Blechpaket 79 befindet. Das heißt, der Temperaturgeber 160 nimmt eine Temperatur einer nicht exponierten Oberfläche des Blechpakets 79 auf. Insbesondere erfasst der Temperaturgeber 160 eine Temperatur des Blechpakets 79 und eines Kopplungsbereichs (nicht separat gekennzeichnet) mit der Nabe 74. Der Temperaturgeber 160 nimmt die Form eines Thermistors an, wobei jedoch andere Aufnahmeelemente, wie zum Beispiel Widerstandstemperaturvorrichtungen (RTD), ebenfalls eingesetzt werden können. Außerdem ist der Ausdruck „direkter Kontakt” so zu verstehen, dass er den Kontakt durch dazwischen liegende Materialien einschließt. Der Temperaturgeber 160 ist mit der Steuereinrichtung 114 durch eine Messleitung 170 verbunden, die durch das Kabel 99 führt. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung 114 die Förderung des Kühlmittels in die elektrische Maschine 2 basierend auf einer Maschineninnentemperatur steuern. Durch das Integrieren des Temperaturgebers 160 in die elektrische Maschine 2 und Führen der Messleitung 170 durch das Kabel 99 werden die Verkabelungskosten und die Komplexität reduziert.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen beschrieben wurde, ist von den Fachleuten zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Äquivalente durch Elemente hiervon ersetzt werden können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Außerdem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Geltungsbereich hiervon zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt ist, die als die beste erachtete Art zur Ausführung dieser Erfindung offenbart ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen.
