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Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, der zu Kühlzwecken über ein Gebläse Luft zugeführt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Elektromaschine. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Elektromaschine.
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Aus der japanischen Veröffentlichung
JP 591 65 940 A ist ein Kühlverfahren für eine Elektromaschine bekannt. Aus der US-Patentanmeldung US 2010/0212643 A1 ist eine Kompressoranordnung zum Komprimieren frischer Luft für eine Brennkraftmaschine bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Betreiben einer Elektromaschine, der zu Kühlzwecken über ein Gebläse Luft zugeführt wird, weiter zu verbessern und/oder zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einer Elektromaschine, der zu Kühlzwecken über ein Gebläse Luft zugeführt wird, dadurch gelöst, dass das Gebläse einen Antrieb aufweist, der in Abhängigkeit vom Kühlungsbedarf angesteuert ist. Zur Darstellung eines Gebläses ist es möglich, ein Lüfterrad in einem Gehäuse der Elektromaschine drehfest mit einem Rotor der Elektromaschine zu verbinden. Dabei kann problematisch sein, dass das Lüfterrad dann stets mit der Drehzahl der Elektromaschine umläuft. Durch das erfindungsgemäße Gebläse mit dem separaten Antrieb, der unabhängig von der Elektromaschine ist, wird auf einfache Art und Weise eine bedarfsgerechte Kühlung der Elektromaschine ermöglicht.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse ein Lüfterrad umfasst, das unabhängig von einem Rotor der Elektromaschine angetrieben ist. Das Lüfterrad kann in einem Gehäuse der Elektromaschine unabhängig von dieser angetrieben sein. Das Lüfterrad kann auch in einem Gebläse angeordnet sein, das der Elektromaschine vorgeschaltet ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse über einen Regler angesteuert ist. Über den Regler kann das Gebläse bedarfsgerecht nur dann angesteuert werden, wenn Kühlungsbedarf herrscht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Regler steuerungsmäßig mit einem Luftmassenmesser verbunden ist. Der Luftmassenmesser dient dazu, die Luftmasse der dem Gebläse beziehungsweise der Elektromaschine zugeführten Luft zu messen. Dabei kann der Luftmassenmesser zum Beispiel als Heißfilmluftmassenmesser oder als Hitzdrahtluftmassenmesser ausgeführt sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenmesser dem Gebläse vorgeschaltet ist. Der Luftmassenmesser ist vorteilhaft in einer Luftzufuhr angeordnet, über die der Elektromaschine Luft zugeführt wird. Das Gebläse ist in der Luftzufuhr vorzugsweise zwischen dem Luftmassenmesser und der Elektromaschine angeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenmesser einer Luftzufuhr der Elektromaschine zugeordnet ist. Mit dem Luftmassenmesser wird vorteilhaft die Luftmasse gemessen, die der Elektromaschine zugeführt wird.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Elektromaschine. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug. Dabei dient die Elektromaschine ganz oder teilweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Elektromaschine. Gemäß einem wesentlichen Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Antrieb des Gebläses in Abhängigkeit vom Kühlungsbedarf der Elektromaschine angesteuert.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein über das Gebläse der Elektromaschine zugeführter Luftvolumenstrom an deren Kühlungsbedarf angepasst wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass der Elektromaschine nur so viel Luft zugeführt wird, wie sie aktuell benötigt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Elektromaschine, der zu Kühlzwecken Luft zugeführt wird;
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2 eine vergrößerte, gedrehte Darstellung der Elektromaschine aus 1;
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3 eine perspektivische Schnittdarstellung der Elektromaschine aus 2; die Figuren
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4 bis 6 ähnliche Darstellungen der Elektromaschine aus 2 mit unterschiedlichen Luftzuführeinrichtungen und
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7 eine stark vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Elektromaschine.
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In 1 ist eine Kühleinrichtung 1 zur Kühlung einer Elektromaschine 5 mit Kühlluft perspektivisch dargestellt. Die Kühlluft wird der Elektromaschine 5 über einen Lufteintritt 6 zugeführt. Im Betrieb der Elektromaschine 5 erwärmt sich die Kühlluft. Die erwärmte Kühlluft tritt an einem Luftaustritt 8 aus der Elektromaschine aus.
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Die Elektromaschine 5 ist vorteilhaft mit einem rotierenden Lüfterrad ausgestattet, mit dessen Hilfe die Kühlluft über den Lufteintritt 6 angesaugt werden kann. Durch einen Pfeil 11 ist eine Fahrtrichtung eines mit der Kühleinrichtung 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs 22 angedeutet. Durch einen weiteren Pfeil 12 ist Fahrtwind angedeutet, der in Form einer Luftströmung 15 dem Lufteintritt 6 zugeführt wird.
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Die Luftströmung 15 gelangt durch eine Lufteintrittsöffnung 18, die in oder an einem Karosserieteil 20 des Kraftfahrzeugs 22 vorgesehen ist, in eine Airbox 24. Aus der Airbox 24 gelangt die Luftströmung über eine Reinluftschale 25 und eine Kühlluftanbindung 26 zum Lufteintritt 8 der Elektromaschine 5.
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Ein Lüfterrad der Elektromaschine 5 stellt ein aktives Strömungselement dar und kann alternativ oder zusätzlich zum Fahrtwind 12 zur Darstellung der Luftkühlung verwendet werden. Durch den Fahrtwind 12 entsteht an der Lufteintrittsöffnung 18 ein Überdruck oder Staudruck, dessen Einfluss sich auf die Airbox 24 und die Reinluftschale 25 überträgt.
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Die Kühlluftanbindung 26 ist vorteilhaft aus einem Elastomer gebildet, um Triebstrangschwingungen und Relativbewegungen von der Karosserie des Kraftfahrzeugs 22 zu entkoppeln. Alternativ kann die Kühlluftanbindung 26 eine Verschlauchung, zum Beispiel aus einem Elastomer-Gewebe-Compound oder ein Well- beziehungsweise Flexrohr umfassen.
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In den 2 und 3 sieht man, dass die Elektromaschine 5 ein Gehäuse 40 mit dem Lufteintritt 6 und dem Luftaustritt 8 umfasst. In dem Gehäuse 40 sind ein Stator 41 und ein Rotor 42 angeordnet. Der Rotor 42 ist radial außerhalb des Stators 41 angeordnet. Radial innerhalb des Stators 41 sind ein Drehschwingungsdämpfer 44 und ein Ausrücker 45 angeordnet. Der Ausrücker 45 dient zum Betätigen einer Trennkupplung 46, die ebenfalls in das Gehäuse 40 der Elektromaschine 5 integriert ist.
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Die Kühleinrichtung 1 der Elektromaschine 5 umfasst neben der Luftkühlung eine Wasserkühlung 48, die zum Beispiel einen Wassermantel umfasst, der radial innerhalb des Stators 41 angeordnet ist. Die Luftkühlung umfasst ein Lüfterrad 50, das im dargestellten Ausführungsbeispiel drehfest mit dem Rotor 42 der Elektromaschine 5 verbunden ist.
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In den 4 bis 6 ist dargestellt, wie Luft, insbesondere Fahrtwind 12, mit Hilfe von verschiedenen Luftzuführungseinrichtungen 61, 62, 63 dem Gehäuse 40 der Elektromaschine 5 zugeführt werden kann. Dabei stellt der Pfeil 11, wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, jeweils die Fahrtrichtung dar. Der Pfeil 12 symbolisiert den Fahrtwind. Die Luftzuführungseinrichtungen 61 bis 63 sind über flexible oder starre Luftanbindungsleitungen 65 an den Lufteintritt 6 an der Elektromaschine 5 angebunden.
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Die in 4 dargestellte Luftzuführeinrichtung 61 stellt eine Art Trichter dar, der zum Fahrtwind 12 hin geöffnet ist. Die Luftzuführeinrichtung 61 ist zum Beispiel in eine Karosserie eines mit der Elektromaschine 5 ausgestatteten Kraftfahrzeugs integriert.
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Die in 5 dargestellte Luftzuführeinrichtung 62 ist als Luftleitblech ausgeführt, durch das der Fahrtwind 12 um etwa 90 Grad umgelenkt wird. Die Luftzuführeinrichtung 62 ist ebenfalls vorteilhaft in eine Karosserie des Kraftfahrzeugs integriert.
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Die in 6 dargestellte Luftzuführeinrichtung 63 ist im Wesentlichen trichterartig ausgeführt und in das Gehäuse 40 der Elektromaschine 5 integriert. Dabei kann die Luftzuführeinrichtung 63 vorteilhaft schwenkbar ausgeführt sein. Das liefert den Vorteil, dass die Luftzuführeinrichtung 63 schnell und einfach an unterschiedliche Einbaulagen angepasst werden kann.
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Besteht zwischen dem Kraftfahrzeug und der umgebenden Luft ein Geschwindigkeitsunterschied, dann ergibt sich die durch den Pfeil 12 angedeutete Fahrzeuganströmung mit dem Fahrtwind. Durch Ausnutzung dieser Anströmung kann ein deutlicher Beitrag zum Kühlluftmassenstrom erreicht werden. Dieser Effekt kann separat oder additiv zu weiteren aktiven Strömungselementen genutzt werden.
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In 7 ist die Elektromaschine 5 stark vereinfacht in Form eines Rechtecks dargestellt. Der Elektromaschine 5 ist ein Gebläse 70 mit einem ebenfalls nur stark vereinfacht dargestellten Lüfterrad 72 vorgeschaltet. Durch eine Pfeil 75 ist angedeutet, dass das Gebläse 70 über einen Regler 74 angesteuert wird beziehungsweise ist.
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Dem Gebläse 70 wiederum ist ein Luftmassenmesser 76 vorgeschaltet. Durch einen Pfeil 77 ist angedeutet, dass der Luftmassenmesser 76 steuerungsmäßig mit dem Regler 74 verbunden ist. Der Luftmassenmesser 76 ist einer Luftzufuhr 78 der Elektromaschine 5 zugeordnet.
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Über den Luftmassenmesser 76 wird auf einfache Art und Weise erfasst, wie viel Luft der Elektromaschine 5 über die Luftzufuhr 78 zugeführt wird. Mit Hilfe des Gebläses 70 kann die der Elektromaschine 5 zugeführte Luftmasse im Zusammenspiel mit dem Regler 74 auf einfache Art und Weise geregelt werden. Dadurch kann der über die Luftzufuhr 78 zugeführte Luftvolumenstrom vorteilhaft an den Kühlungsbedarf der Elektromaschine 5 angepasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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